JP5108628B2 - Method for forming highly adhesive metal nanoparticle sintered film - Google Patents

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本発明は、下地層の銅層に対して、高い密着性を示す金属ナノ粒子焼結体膜を形成する方法に関する。特には、下地層の銅層表面を被覆するポリイミドコート膜を設け、該ポリイミドコート膜に形成された開口部に選択的に金属ナノ粒子焼結体膜を形成する際、下地層の銅層に対して、高い密着性を示す金属ナノ粒子焼結体膜を形成する方法に関する。例えば、SIP(System in Package)用微細配線基板(インターポーザ/Interposer)、あるいは、SIB(System in Board)用微細配線基板(サブストレート/Substrate)の作製に応用可能な、下地層の銅層に対して、高い密着性を示す金属ナノ粒子焼結体膜を形成する方法に関する。   The present invention relates to a method for forming a metal nanoparticle sintered body film exhibiting high adhesion to a copper layer as an underlayer. In particular, when a polyimide coat film that covers the copper layer surface of the underlayer is provided and the metal nanoparticle sintered body film is selectively formed in the opening formed in the polyimide coat film, the copper layer of the underlayer is formed. On the other hand, it is related with the method of forming the metal nanoparticle sintered compact film | membrane which shows high adhesiveness. For example, for a copper layer as an underlayer that can be applied to the production of a fine wiring substrate (Interposer) for SIP (System in Package) or a fine wiring substrate (Substrate) for SIB (System in Board) The present invention relates to a method of forming a metal nanoparticle sintered body film exhibiting high adhesion.

多層配線基板では、下層配線層と上層配線層との間に絶縁層を設けている。上下の配線層間の導通には、両層を隔てる絶縁層を貫通する孔部を形成し、ビアホールを介する層間導通が利用されている。   In the multilayer wiring board, an insulating layer is provided between the lower wiring layer and the upper wiring layer. For conduction between the upper and lower wiring layers, a hole passing through the insulating layer separating the two layers is formed, and interlayer conduction through via holes is used.

多層配線基板、例えば、ビルド・アップ基板の作製工程では、下層配線層を被覆するように、絶縁層を形成する。ビアホールを介する層間導通に利用される貫通孔部を、該絶縁層を貫通し、その開口部に下層配線層の表面が露出するように設ける。絶縁層の上面に上層配線層を形成する際、この貫通孔部を埋め込み、開口部に露呈する下層配線層の表面を覆うような導電体層を形成し、ビアホールを介する層間導通を達成している。   In the manufacturing process of a multilayer wiring board, for example, a build-up board, an insulating layer is formed so as to cover the lower wiring layer. A through-hole portion used for interlayer conduction through a via hole is provided so as to penetrate the insulating layer and expose the surface of the lower wiring layer in the opening. When the upper wiring layer is formed on the upper surface of the insulating layer, a conductive layer is formed so as to fill the through-hole portion and cover the surface of the lower wiring layer exposed to the opening, thereby achieving interlayer conduction through the via hole. Yes.

無電解メッキ銅層を用いて、上層配線層を形成する場合、ビアホールを介する層間導通用の導電体層にも無電解メッキ銅層を採用している。具体的には、ビアホールを介する層間導通用の導電体層と、該導電体層と電気的に連結される上層配線層は、一体に形成されている。   When an upper wiring layer is formed using an electroless plated copper layer, the electroless plated copper layer is also used for a conductor layer for interlayer conduction through a via hole. Specifically, the conductor layer for interlayer conduction through the via hole and the upper wiring layer electrically connected to the conductor layer are integrally formed.

無電解メッキ金属層に代えて、導電性金属ペーストを利用して形成される導電体層を用いて、上層配線層を形成する、多層配線基板も提案されている。例えば、導電性媒体として、平均粒子径が1〜100nmの金属ナノ粒子を用い、絶縁層表面への樹脂接着に利用される有機バインダー樹脂を添加している導電性金属ペーストを利用して、上層配線層の形成を行っている多層配線基板の製造方法が提案されている(特許文献1を参照)。その際、絶縁層の上面、貫通孔部の側壁面、その開口部に露呈する下層配線層の表面を被覆するように、導電性金属ペーストの塗布膜層を所定のパターン形状で描画する。この導電性金属ペーストの塗布膜層に250℃以下の温度で加熱処理を施し、含有される平均粒子径が1〜100nmの金属ナノ粒子相互が低温焼結した焼結体層を作製する。この金属ナノ粒子焼結体層は、添加されている有機バインダー樹脂を利用して、絶縁層の上面、貫通孔部の側壁面に接着固定される。貫通孔部の開口部に露呈する下層配線層の表面では、金属ナノ粒子焼結体層と密に接触する状態となり、ビアホールを介する層間導通が達成されている。この手法では、利用される導電性金属ペースト中では、金属ナノ粒子の表面に、該金属ナノ粒子に含まれる金属元素に対して配位結合可能な有機化合物による被覆層を設け、該被覆層を保持する状態で金属ナノ粒子が溶媒中に安定に分散されている。さらに、導電性金属ペースト中には、加熱時に、前記被覆層を構成する有機化合物に作用可能な捕捉物質を配合している。   A multilayer wiring board has also been proposed in which an upper wiring layer is formed using a conductive layer formed using a conductive metal paste instead of an electroless plating metal layer. For example, as a conductive medium, using metal nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 100 nm and using a conductive metal paste to which an organic binder resin used for resin adhesion to the insulating layer surface is added, the upper layer A method of manufacturing a multilayer wiring board in which a wiring layer is formed has been proposed (see Patent Document 1). At that time, the coating film layer of the conductive metal paste is drawn in a predetermined pattern shape so as to cover the upper surface of the insulating layer, the side wall surface of the through hole, and the surface of the lower wiring layer exposed in the opening. The coating film layer of this conductive metal paste is subjected to a heat treatment at a temperature of 250 ° C. or lower to produce a sintered body layer in which metal nanoparticles having an average particle diameter of 1 to 100 nm are sintered at a low temperature. This metal nanoparticle sintered body layer is bonded and fixed to the upper surface of the insulating layer and the side wall surface of the through hole using the added organic binder resin. The surface of the lower wiring layer exposed to the opening of the through hole is in close contact with the metal nanoparticle sintered body layer, and interlayer conduction through the via hole is achieved. In this method, in the conductive metal paste used, a coating layer made of an organic compound capable of coordinating with a metal element contained in the metal nanoparticle is provided on the surface of the metal nanoparticle, and the coating layer is formed. The metal nanoparticles are stably dispersed in the solvent while being held. Furthermore, in the conductive metal paste, a trapping substance capable of acting on the organic compound that constitutes the coating layer is blended when heated.

加えて、多層配線基板、例えば、ビルド・アップ基板の作製工程において、下層配線層と上層配線層を、ともに導電性ペーストを利用し、また、層間分離用の絶縁性樹脂層を、絶縁性ペーストを利用して、一括して作製する方法も提案されている(特許文献2を参照)。この作製工程では、描画にインクジェット法を用いて、絶縁基板上に、下層配線用の導電性ペースト塗布膜層を形成し、上層の配線層パターンが重なる積層部位に対して、上下層間の導通を図る積層部位を除き、他の部位上を覆う部分領域のみに、層間分離用に、絶縁性ペースト塗布膜層を形成する。さらに、上層配線用の導電性ペースト塗布膜層を積層形成し、加熱処理して、各導電性ペースト塗布膜層から導電体層、絶縁性ペースト塗布膜層から絶縁体層を作製する。その結果、部分領域の絶縁膜で層間分離され、絶縁膜の形成を省いた積層部位では、上下の配線層間の連結・導電がなされる多層配線層が形成される。すなわち、下層配線用の導電性ペースト塗布膜層と上層配線用の導電性ペースト塗布膜層とが積層される部位では、両層の導電性ペースト塗布膜層は直接接触した状態で加熱処理がなされる結果、該積層部位では、一体化された導電体層が形成されている。絶縁性ペースト塗布膜層が、下層配線用の導電性ペースト塗布膜層と接する部分領域では、同時に加熱処理が施されるため、下層配線層の上面と、上層配線層の下面に、絶縁性樹脂層は緻密に接着した状態となっている。   In addition, in the production process of a multilayer wiring board, for example, a build-up board, both the lower wiring layer and the upper wiring layer use a conductive paste, and an insulating resin layer for interlayer separation is used as an insulating paste. There has also been proposed a method of making a batch by using (see Patent Document 2). In this manufacturing process, a conductive paste coating film layer for a lower layer wiring is formed on an insulating substrate by using an inkjet method for drawing, and conduction between upper and lower layers is performed with respect to a laminated portion where an upper layer wiring layer pattern overlaps. An insulating paste coating film layer is formed for interlayer separation only in a partial region covering the other part except for the laminated part to be planned. Further, a conductive paste coating film layer for upper layer wiring is laminated and heat-treated to produce a conductor layer from each conductive paste coating film layer and an insulator layer from the insulating paste coating film layer. As a result, a multilayer wiring layer is formed in which the layers are separated from each other by the insulating film in the partial region, and the upper and lower wiring layers are connected and conductive at the laminated portion where the formation of the insulating film is omitted. That is, at the portion where the conductive paste coating film layer for the lower wiring and the conductive paste coating film layer for the upper wiring are laminated, the heat treatment is performed with the conductive paste coating film layers of both layers in direct contact with each other. As a result, an integrated conductor layer is formed in the laminated portion. In the partial region where the insulating paste coating film layer is in contact with the conductive paste coating film layer for the lower layer wiring, heat treatment is simultaneously performed. Therefore, the insulating resin is applied to the upper surface of the lower wiring layer and the lower surface of the upper wiring layer. The layer is in a closely bonded state.

また、金属ナノ粒子分散液を利用して、メッキ代替導電性金属皮膜を形成する方法が提案されている(特許文献3を参照)。無電解メッキ層の形成が可能なメッキ下地層の表面に、有機ハンダー成分を含有していない金属ナノ粒子分散液を塗布し、加熱処理を施し、該金属ナノ粒子の低温焼結を行うことで、メッキ下地層表面に金属ナノ粒子焼結体層を形成している。その際、メッキ下地層表面と金属ナノ粒子焼結体層との間の接着は、メッキ下地層表面の金属核(メッキ核)と金属ナノ粒子との間の金属間接合形成により達成されている。従って、配線基板の作製時、メッキ下地層表面に無電解メッキ層を形成する部分を代替する目的で、前記方法を適用して形成される該メッキ代替導電性金属皮膜の利用が提案されている。例えば、両面配線基板を貫通するスルーホールの内壁面に形成される、スルーホール用メッキ膜の代替層としての利用が提案されている。   In addition, a method of forming a plating substitute conductive metal film using a metal nanoparticle dispersion has been proposed (see Patent Document 3). By applying a metal nanoparticle dispersion liquid that does not contain an organic solder component to the surface of the plating underlayer on which an electroless plating layer can be formed, applying heat treatment, and performing low-temperature sintering of the metal nanoparticles The metal nanoparticle sintered body layer is formed on the surface of the plating base layer. At that time, the adhesion between the surface of the plating underlayer and the metal nanoparticle sintered body layer is achieved by forming an intermetallic bond between the metal nucleus (plating nucleus) on the surface of the plating underlayer and the metal nanoparticle. . Therefore, it has been proposed to use the plating substitute conductive metal film formed by applying the above method for the purpose of substituting the portion for forming the electroless plating layer on the surface of the plating base layer when the wiring board is manufactured. . For example, use as a substitute layer for a plated film for through-holes formed on the inner wall surface of a through-hole penetrating a double-sided wiring board has been proposed.

高密度微細配線を多層積層した構造のインターポーザは、複数のLSIを多層に積層接続する、SIP(System in Package)用微細配線基板として利用が進められている。その際、インターポーザを構成する多層の配線層間に設ける層間絶縁層として、ポリイミド層が利用されている。具体的には、感光性ポリイミドを採用し、リソグラフィ法を適用して、該感光性ポリイミドを光露光、現像することで、層間絶縁層にビアホールを作製している。作製されたビアホール中に金属層を埋め込むことで、ビアホールを介する層間導通が達成されている。特には、感光性ポリイミドとして、化学増幅ポジ型感光性ポリイミドを利用し、光露光した部分を可溶化する形態の利用が進められている。   An interposer having a structure in which high-density fine wiring is stacked in multiple layers is being used as a fine wiring substrate for SIP (System in Package) in which a plurality of LSIs are stacked and connected in multiple layers. At that time, a polyimide layer is used as an interlayer insulating layer provided between the multilayer wiring layers constituting the interposer. Specifically, a photosensitive polyimide is adopted, a lithography method is applied, and the photosensitive polyimide is exposed to light and developed to form a via hole in the interlayer insulating layer. Interlayer conduction through the via hole is achieved by embedding a metal layer in the manufactured via hole. In particular, the use of a chemically amplified positive photosensitive polyimide as the photosensitive polyimide and solubilizing the light-exposed portion is being promoted.

また、層間絶縁層のポリイミド層上面に、上層配線層として、金属ナノ粒子の焼結体層を作製する際には、従来、塗布された金属ナノ粒子分散液の濡れ拡がりを回避するため、目的の塗布領域を除き、ポリイミド層の上面に撥液剤コート層が形成されている。同様に、金属層の表面の所定領域に金属ナノ粒子の焼結体層を作製する際には、従来、塗布された金属ナノ粒子分散液の濡れ拡がりを回避するため、塗布領域を除き、金属層の上面に撥液剤コート層が形成されている。すなわち、前記撥液剤コート層表面に対して、金属ナノ粒子分散液を構成する分散液は濡れ性が乏しいため、塗布領域の周囲に金属ナノ粒子分散液が濡れ拡がる現象は回避される。   In addition, when preparing a sintered layer of metal nanoparticles as an upper wiring layer on the upper surface of the polyimide layer of the interlayer insulating layer, in order to avoid wetting and spreading of the conventionally applied metal nanoparticle dispersion, A liquid repellent coating layer is formed on the upper surface of the polyimide layer except for the coating area. Similarly, when producing a sintered body layer of metal nanoparticles in a predetermined region on the surface of the metal layer, conventionally, in order to avoid wetting and spreading of the applied metal nanoparticle dispersion, A liquid repellent coating layer is formed on the upper surface of the layer. That is, since the dispersion liquid constituting the metal nanoparticle dispersion liquid has poor wettability with respect to the surface of the liquid repellent coating layer, the phenomenon that the metal nanoparticle dispersion liquid wets and spreads around the coating region is avoided.

実際には、一旦、ポリイミド層上面の全面を被覆するように、撥液剤コート層が形成した後、所定領域のみ撥液剤コート層を選択的に除去することで、目的の塗布領域を除き、上面に撥液剤コート層が形成された状態としている。この撥液剤コート層を選択的に除去する手段として、レーザ・アブレーション法を適用して、目的の塗布領域のみにレーザ光を照射し、撥液剤コート層を選択的に蒸散させる手法がある。   Actually, once the liquid repellent coat layer is formed so as to cover the entire upper surface of the polyimide layer, the liquid repellent coat layer is selectively removed only in a predetermined area, so that the upper surface is removed except for the target application area. The liquid repellent coating layer is formed on the surface. As a means for selectively removing the liquid repellent coating layer, there is a technique in which a laser ablation method is applied to irradiate only the target application region with laser light to selectively evaporate the liquid repellent coating layer.

さらには、ポリイミド層上面の目的の塗布領域に、アルカリ水溶液を表面処理剤として選択的に塗布して、部分的にイミド環の開環を行って、かかる領域のポリイミド層表面の改質を行うことで、金属ナノ粒子分散液に対する親和性を増す手法もある(特許文献4を参照)。
特許第3900248号公報 特開2005−93814号公報 特許第3764349号公報 特開2006−287217号公報
Further, an alkaline aqueous solution is selectively applied as a surface treatment agent to a desired application region on the upper surface of the polyimide layer, and the imide ring is partially opened to modify the surface of the polyimide layer in the region. Thus, there is a technique for increasing the affinity for the metal nanoparticle dispersion (see Patent Document 4).
Japanese Patent No. 3900388 JP 2005-93814 A Japanese Patent No. 3764349 JP 2006-287217 A

例えば、ビルド・アップ基板の作製工程において、上層配線層と下層配線層とを絶縁分離する層間絶縁層として、感光性ポリイミドを採用すると、該層間絶縁層に設けるビアホールの作製が容易となる。具体的には、従来、ビアホールの作製に利用されるレーザ・ビア法に比較して、ポジ型感光性ポリイミドを利用し、光露光した部分を可溶化し、その後、現像により除去する手法を用いると、形成されるビアホールの形状、深さの制御は容易となる。   For example, when a photosensitive polyimide is employed as an interlayer insulating layer that insulates and separates an upper wiring layer and a lower wiring layer in a build-up substrate manufacturing process, a via hole provided in the interlayer insulating layer can be easily manufactured. Specifically, compared to the conventional laser / via method used for producing a via hole, a positive photosensitive polyimide is used to solubilize a light-exposed portion and then remove it by development. Thus, the shape and depth of the via hole to be formed can be easily controlled.

なお、その全体プロセスは、光露光後、現像処理を行う工程と、該ビアホール内に金属層を埋め込む工程で構成されている。また、該ビアホール内に金属層を埋め込む工程において、金属ナノ粒子分散液を利用して、金属ナノ粒子の焼結体層を作製する手法を適用する際、従来は、加熱炉を利用して、所定温度に加熱する手法が利用されている。すなわち、作製されるビルド・アップ基板全体を、所定温度に加熱する必要があった。   The entire process includes a step of developing after light exposure and a step of embedding a metal layer in the via hole. In addition, in the step of embedding the metal layer in the via hole, when applying a technique for producing a sintered layer of metal nanoparticles using a metal nanoparticle dispersion, conventionally, using a heating furnace, A method of heating to a predetermined temperature is used. In other words, it is necessary to heat the entire build-up substrate to be manufactured to a predetermined temperature.

実際に、加熱処理が必要である領域は、金属ナノ粒子分散液が塗布されている部位のみである。その点を考慮し、金属ナノ粒子分散液の塗布液層部分のみを局所的に加熱処理することで、前記ビアホール内に金属ナノ粒子の焼結体層を埋め込み形成することが可能な金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法の提案が望まれている。すなわち、目的とするビアホールの開口部に相当する領域のみを局所的に加熱を行って、該ビアホール内に金属ナノ粒子の焼結体層を埋め込み形成することが可能な金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法の提案が望まれている。   Actually, the region where the heat treatment is necessary is only the portion where the metal nanoparticle dispersion is applied. Considering this point, metal nanoparticles that can be formed by embedding a sintered body layer of metal nanoparticles in the via hole by locally heat-treating only the coating layer portion of the metal nanoparticle dispersion liquid. A proposal of a method for forming a sintered body film is desired. That is, a metal nanoparticle sintered body film in which only a region corresponding to an opening of a target via hole is locally heated and a sintered body layer of metal nanoparticles can be embedded in the via hole. The proposal of the formation method of this is desired.

さらに、撥液剤被覆層でコートされている、ポリイミド層により被覆された基板、ならびに、撥液剤被覆層でコートされている、金属基板、例えば、金属銅で構成される導電体層を有する基板上に、高密着性金属ナノ粒子焼結体膜を選択的に作製する方法の提案が望まれている。特に、高密着性金属ナノ粒子焼結体膜を選択的に作製する際、金属ナノ粒子分散液を加熱し、金属ナノ粒子焼結体膜を形成する手段として、目的とする領域のみにレーザ光照射することで、選択的な加熱を行う方法を応用する方法の提案が望まれている。   Further, on a substrate coated with a polyimide layer, coated with a liquid repellent coating layer, and a metal substrate coated with a liquid repellent coating layer, for example, a conductor layer composed of metallic copper In addition, a proposal of a method for selectively producing a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film is desired. In particular, when a high adhesion metal nanoparticle sintered body film is selectively produced, a laser beam is applied only to a target region as a means of heating the metal nanoparticle dispersion liquid to form a metal nanoparticle sintered body film. A proposal of a method that applies a method of performing selective heating by irradiation is desired.

本発明は、上記の課題を解決するものである。本発明の目的は、目的とする領域のみを局所的に加熱する手段として、レーザ光を集光し、微小なスポット径で照射する手法を応用し、金属ナノ粒子分散液の塗布層部分のみを局所的に加熱処理することで、下地の基板表面に対して、高い密着性を示す金属ナノ粒子焼結体膜を選択的に作製する方法を提供することにある。   The present invention solves the above problems. The purpose of the present invention is to apply a technique of condensing laser light and irradiating with a minute spot diameter as means for locally heating only the target region, and only the coating layer portion of the metal nanoparticle dispersion liquid is applied. An object of the present invention is to provide a method for selectively producing a metal nanoparticle sintered body film exhibiting high adhesion to the underlying substrate surface by locally performing heat treatment.

なお、層間絶縁層として、ポジ型感光性ポリイミド膜を利用する際、金属ナノ粒子分散液の塗布液層が、形成されたビアホールの開口部の周囲に濡れ拡がる現象を抑制するため、ポジ型感光性ポリイミド膜の表面には、撥液剤の被覆層が形成されている。ポジ型感光性ポリイミド膜を光露光した後、現像処理を施す際、その開口部の可溶化された感光性ポリイミド膜とともに、当該部分の撥液剤被覆層も除去される。結果的に、ビアホールの開口部の周囲では、感光性ポリイミド膜の表面は、撥液剤被覆層で覆われており、金属ナノ粒子分散液の塗布層の濡れ拡がりを防止している。   When using a positive photosensitive polyimide film as the interlayer insulating layer, the positive photosensitive film is used to suppress the phenomenon that the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion liquid wets and spreads around the opening of the formed via hole. A liquid repellent coating layer is formed on the surface of the conductive polyimide film. When the positive photosensitive polyimide film is exposed to light and then subjected to development processing, the liquid repellent coating layer in the portion is removed together with the solubilized photosensitive polyimide film in the opening. As a result, around the opening of the via hole, the surface of the photosensitive polyimide film is covered with a liquid repellent coating layer to prevent wetting and spreading of the coating layer of the metal nanoparticle dispersion.

この撥液剤被覆層でコートされている、ポリイミド層により被覆された基板、ならびに、撥液剤被覆層でコートされている、金属基板、例えば、金属銅で構成される導電体層を有する基板上に、高密着性金属ナノ粒子焼結体膜を選択的に作製する手法について、本発明者らは、鋭意検討を進めた。   On the substrate coated with the polyimide layer coated with the liquid repellent coating layer, and the substrate having a conductor layer composed of metal copper, for example, metallic copper, coated with the liquid repellent coating layer. The inventors of the present invention have made extensive studies on a method for selectively producing a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film.

例えば、撥液剤被覆層でコートされている、ポリイミド層により被覆された基板上に、金属ナノ粒子分散液の塗布液層を形成した後、特定の波長のレーザ光をその表面から照射すると、撥液剤被覆層の除去と、ポリイミド層の表面の改質を行うことが可能であることを見出した。   For example, when a coating liquid layer of a metal nanoparticle dispersion is formed on a substrate coated with a polyimide layer, which is coated with a liquid repellent coating layer, and laser light of a specific wavelength is irradiated from the surface, It has been found that it is possible to remove the liquid coating layer and to modify the surface of the polyimide layer.

その後、金属ナノ粒子分散液の塗布液層中に含有される金属ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子を選択的に除去する手段として、該金属ナノ粒子に特異的な吸収を引き起こすことが可能な特定の波長のレーザ光照射が利用可能であることも見出した。その際、金属ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子の選択的な除去を行うと、表面の改質されたポリイミド層に対して、金属ナノ粒子は高い密着性で付着する状態となることも確認した。   After that, as a means for selectively removing the coating molecule covering the surface of the metal nanoparticles contained in the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion, it causes specific absorption of the metal nanoparticles. It has also been found that laser light irradiation with a specific wavelength that can be used is available. At that time, when the coating molecules covering the surface of the metal nanoparticles are selectively removed, the metal nanoparticles are adhered to the surface-modified polyimide layer with high adhesion. I also confirmed that.

表面の被覆剤分子を除去した金属ナノ粒子が二次元的に、表面の改質されたポリイミド層上に付着し、さらに、その上に金属ナノ粒子が積層した層構造を形成した後、該金属ナノ粒子が吸収する波長のレーザ光を照射すると、金属ナノ粒子が積層した層の低温焼結が進み、高密着性金属ナノ粒子焼結体膜が選択的に形成されることを確認した。   The metal nanoparticles from which the surface coating molecules are removed are two-dimensionally deposited on the surface-modified polyimide layer, and further, a layer structure in which the metal nanoparticles are laminated thereon is formed, and then the metal It was confirmed that when laser light having a wavelength absorbed by the nanoparticles was irradiated, low-temperature sintering of the layer in which the metal nanoparticles were laminated proceeded, and a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film was selectively formed.

上記の三種のレーザ光照射を適用して、金属ナノ粒子焼結体膜が選択的に形成する工程は、撥液剤被覆層でコートされている、金属基板、例えば、金属銅で構成される導電体層を有する基板上に高密着性金属ナノ粒子焼結体膜を選択的に作製する際にも、利用可能であることを検証した。   The step of selectively forming the metal nanoparticle sintered body film by applying the above three types of laser light irradiation is a conductive substrate composed of a metal substrate, for example, metal copper, coated with a liquid repellent coating layer. It was verified that the present invention can also be used for selectively producing a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film on a substrate having a body layer.

本発明者らは、上記の一連の知見に基づく、本発明を完成させた。   The present inventors have completed the present invention based on the above series of findings.

すなわち、本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法は、
基板上に高密着性金属ナノ粒子焼結体膜を形成する方法であって、
下記の工程1〜工程4:
(工程1)
撥液剤被覆層でコートされた基板上に、所定の平面形状で、金属ナノ粒子分散液を塗布し、塗布液層を作製する工程;
(工程2)
前記塗布液層の表面から、波長λ1のレーザ光を、平均レーザ光強度P1で、垂直方向(入射角0°)から照射する工程;
(工程3)
前記工程2の後、前記塗布液層の表面から、波長λ2のレーザ光を、平均レーザ光強度P2で、垂直方向(入射角0°)から照射する工程;
(工程4)
前記工程3の後、前記塗布液層の表面から、波長λ3のレーザ光を、平均レーザ光強度P3で、垂直方向(入射角0°)から照射する工程
とを具え、
前記金属ナノ粒子分散液は、
平均粒子径を1〜100nmの範囲に選択する、金属ナノ粒子を分散溶媒中に分散してなる金属ナノ粒子分散液であり、
前記分散液中に含有される、金属ナノ粒子は、該金属ナノ粒子表面の金属原子に対して、窒素原子、酸素原子、イオウ原子上の孤立電子対を利用して配位的な結合が可能な沸点150℃以上の有機化合物を、被覆剤分子として、該金属ナノ粒子表面を被覆されており、
前記分散溶媒は、沸点150℃以上の無極性有機溶媒あるいは低極性有機溶媒であり、
該分散液中において、含有される金属ナノ粒子の占める体積比率をVparticle体積%とする際、塗布液層の厚さdは、0.5μm≧d・(Vparticle/100)を満足する範囲に選択され;
波長λ1のレーザ光は、前記金属ナノ粒子に実質的に吸収されず、前記基板の表面を構成する材料に吸収される波長λ1を有しており、
絶縁性樹脂材料で形成される基板を採用する際には、
平均レーザ光強度P1は、50W/mm2〜800W/mm2の範囲に選択され、
金属材料で形成される基板を採用する際には、
平均レーザ光強度P1は、5,000W/mm2〜15,000W/mm2の範囲に選択され;
波長λ2のレーザ光は、前記金属ナノ粒子に吸収される波長λ2を有しており、
絶縁性樹脂材料で形成される基板を採用する際には、
平均レーザ光強度P2は、5W/mm2〜200W/mm2の範囲に選択され、
金属材料で形成される基板を採用する際には、
平均レーザ光強度P2は、500W/mm2〜3,000W/mm2の範囲に選択され;
波長λ3のレーザ光は、前記金属ナノ粒子を構成する金属により吸収される波長λ3を有しており、
絶縁性樹脂材料で形成される基板を採用する際には、
平均レーザ光強度P3は、5W/mm2〜200W/mm2の範囲に選択され、
金属材料で形成される基板を採用する際には、
平均レーザ光強度P3は、500W/mm2〜3,000W/mm2の範囲に選択される
ことを特徴とする高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法である。
That is, the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention is as follows.
A method of forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film on a substrate,
Step 1 to Step 4 below:
(Process 1)
Applying a metal nanoparticle dispersion liquid in a predetermined planar shape on a substrate coated with a liquid repellent coating layer to produce a coating liquid layer;
(Process 2)
Irradiating a laser beam having a wavelength λ 1 from the surface of the coating liquid layer with an average laser beam intensity P 1 from a vertical direction (incident angle 0 °);
(Process 3)
After the step 2, a step of irradiating the surface of the coating liquid layer with a laser beam having a wavelength λ 2 from the vertical direction (incident angle 0 °) with an average laser beam intensity P 2 ;
(Process 4)
After the step 3, the step of irradiating a laser beam having a wavelength λ 3 from the surface of the coating solution layer with an average laser beam intensity P 3 from the vertical direction (incident angle 0 °),
The metal nanoparticle dispersion is
An average particle diameter is selected in the range of 1 to 100 nm, a metal nanoparticle dispersion liquid in which metal nanoparticles are dispersed in a dispersion solvent,
The metal nanoparticles contained in the dispersion can be coordinately bonded to metal atoms on the surface of the metal nanoparticles using lone electron pairs on nitrogen, oxygen, and sulfur atoms. The surface of the metal nanoparticles is coated with an organic compound having a boiling point of 150 ° C. or higher as a coating agent molecule,
The dispersion solvent is a nonpolar organic solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher or a low polarity organic solvent,
In the dispersion, when the volume ratio of the metal nanoparticles contained is V particle volume%, the thickness d of the coating solution layer satisfies 0.5 μm ≧ d · (V particle / 100). Is selected;
Laser light having a wavelength lambda 1 is not substantially absorbed into the metal nanoparticles have a wavelength lambda 1 to be absorbed in the material constituting the surface of said substrate,
When adopting a substrate made of insulating resin material,
Mean laser beam intensity P 1 is selected in the range of 50W / mm 2 ~800W / mm 2 ,
When adopting a substrate made of metal material,
The average laser light intensity P 1 is selected in the range of 5,000 W / mm 2 to 15,000 W / mm 2 ;
Laser light having a wavelength lambda 2 has a wavelength lambda 2 to be absorbed by the metallic nanoparticles,
When adopting a substrate made of insulating resin material,
Mean laser beam intensity P 2 is selected within the range of 5W / mm 2 ~200W / mm 2 ,
When adopting a substrate made of metal material,
Mean laser beam intensity P 2 is selected within the range of 500W / mm 2 ~3,000W / mm 2 ;
Laser light having a wavelength lambda 3 has a wavelength lambda 3 that is absorbed by the metal constituting the metal nanoparticles,
When adopting a substrate made of insulating resin material,
Mean laser beam intensity P 3 is selected in the range of 5W / mm 2 ~200W / mm 2 ,
When adopting a substrate made of metal material,
Mean laser beam intensity P 3 is a method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film, which is selected in the range of 500W / mm 2 ~3,000W / mm 2 .

その際、(工程1)の塗布液層を作製する工程後、(工程2)に先立って、
該塗布液層の予備乾燥を行う予備乾燥処理工程を設けることが望ましい。
At that time, after the step of preparing the coating liquid layer in (Step 1), prior to (Step 2),
It is desirable to provide a pre-drying treatment step for pre-drying the coating liquid layer.

また、本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法の第一の形態は、上記の本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法を、
前記基板は、ポリイミド層により被覆された基板であり、
該基板の表面を構成する材料は、前記ポリイミド層である形態に適用したものである。
Moreover, the first form of the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention is the above-described method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention.
The substrate is a substrate coated with a polyimide layer;
The material constituting the surface of the substrate is applied to the polyimide layer.

また、本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法の第二の形態は、上記の本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法を、
前記基板は、金属銅、または、銅含有比率97質量%以上の銅合金で構成される導電体層を有する基板であり、
該基板の表面を構成する材料は、前記金属銅で構成される導電体層である形態に適用したものである。
Further, the second form of the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention is the above-described method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention.
The substrate is a substrate having a conductor layer made of metallic copper or a copper alloy having a copper content of 97% by mass or more,
The material which comprises the surface of this board | substrate is applied to the form which is a conductor layer comprised with the said metallic copper.

本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法の第一の形態では、
前記金属ナノ粒子は、銀ナノ粒子であり、
波長λ1のレーザ光は、波長λ1=1064nmのNd/YAGレーザ光であり、
平均レーザ光強度P1は、50W/mm2〜800W/mm2の範囲に選択され;
波長λ2のレーザ光は、波長λ2=1064nmのNd/YAGレーザ光、または波長λ2=532nmのNd/YAGレーザ光の高調波であり、
平均レーザ光強度P2は、5W/mm2〜200W/mm2の範囲に選択され;
波長λ3のレーザ光は、波長λ3=1064nmのNd/YAGレーザ光であり、
平均レーザ光強度P3は、5W/mm2〜200W/mm2の範囲に選択される
という条件を採用することができる。
In the first embodiment of the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention,
The metal nanoparticles are silver nanoparticles,
Laser light having a wavelength lambda 1 is a Nd / YAG laser beam having a wavelength lambda 1 = 1064 nm,
Mean laser beam intensity P 1 is selected in the range of 50W / mm 2 ~800W / mm 2 ;
Laser light having a wavelength lambda 2 is a harmonic of the Nd / YAG laser beam having a wavelength lambda 2 = 1064 nm of Nd / YAG laser light or the wavelength lambda 2 = 532 nm,,
Mean laser beam intensity P 2 is selected within the range of 5W / mm 2 ~200W / mm 2 ;
Laser light having a wavelength lambda 3 is a Nd / YAG laser beam having a wavelength lambda 3 = 1064 nm,
Mean laser beam intensity P 3 can employ a condition that is selected in the range of 5W / mm 2 ~200W / mm 2 .

本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法の第二の形態では、
前記金属ナノ粒子は、銀ナノ粒子であり、
波長λ1のレーザ光は、波長λ1=1064nmのNd/YAGレーザ光であり、
平均レーザ光強度P1は、5,000W/mm2〜15,000W/mm2の範囲に選択され;
波長λ2のレーザ光は、波長λ2=1064nmのNd/YAGレーザ光、または波長λ2=532nmのNd/YAGレーザ光の高調波であり、
平均レーザ光強度P2は、500W/mm2〜3,000W/mm2の範囲に選択され;
波長λ3のレーザ光は、波長λ3=1064nmのNd/YAGレーザ光であり、
平均レーザ光強度P3は、500W/mm2〜3,000W/mm2の範囲に選択される
という条件を採用することができる。
In the second embodiment of the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention,
The metal nanoparticles are silver nanoparticles,
Laser light having a wavelength lambda 1 is a Nd / YAG laser beam having a wavelength lambda 1 = 1064 nm,
The average laser light intensity P 1 is selected in the range of 5,000 W / mm 2 to 15,000 W / mm 2 ;
Laser light having a wavelength lambda 2 is a harmonic of the Nd / YAG laser beam having a wavelength lambda 2 = 1064 nm of Nd / YAG laser light or the wavelength lambda 2 = 532 nm,,
Mean laser beam intensity P 2 is selected within the range of 500W / mm 2 ~3,000W / mm 2 ;
Laser light having a wavelength lambda 3 is a Nd / YAG laser beam having a wavelength lambda 3 = 1064 nm,
Mean laser beam intensity P 3 can employ a condition that is selected in the range of 500W / mm 2 ~3,000W / mm 2 .

なお、本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法の第一の形態、ならびに第二の形態では、
波長λ1のレーザ光の照射スポット径D1は、10μm〜500μmの範囲に選択され;
波長λ2のレーザ光の照射スポット径D2は、10μm〜500μmの範囲に選択され;
波長λ3のレーザ光の照射スポット径D3は、10μm〜500μmの範囲に選択されるという態様を選択することができる。その際、
波長λ1のレーザ光の照射スポット径D1、波長λ2のレーザ光の照射スポット径D2、波長λ3のレーザ光の照射スポット径D3は、D1=D2=D3に選択される態様とすることが好ましい。
In the first embodiment of the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention, and the second embodiment,
Irradiation spot diameter D 1 of the laser beam of wavelength lambda 1 is selected in a range of 10 m to 500 m;
Irradiation spot diameter D 2 of the laser beam having a wavelength lambda 2 is selected in the range of 10 m to 500 m;
Irradiation spot diameter D 3 of the laser beam having a wavelength lambda 3 may select a mode that is selected in the range of 10 m to 500 m. that time,
Irradiation spot diameter D 1 of the laser beam having a wavelength lambda 1, the irradiation spot diameter D 2 of the laser beam having a wavelength lambda 2, the irradiation spot diameter D 3 of the laser beam having a wavelength lambda 3 are selected D 1 = D 2 = D 3 It is preferable to set it as the aspect made.

また、本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法の第一の形態、ならびに第二の形態では、
被覆剤分子として、沸点150℃以上のアルキルアミンを選択することが好ましい。
In the first embodiment of the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention, and in the second embodiment,
It is preferable to select an alkylamine having a boiling point of 150 ° C. or higher as the coating agent molecule.

本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法では、撥液剤被覆層でコートされている基板表面上に、所定の領域に、所定の塗布液厚で金属ナノ粒子分散液を塗布する際、表面に対する濡れ性が制限されており、目的とする領域外への滲み出しが抑制されている。その後、金属ナノ粒子分散液の塗布液層と接する撥液剤被覆層を、レーザ光照射によって、基板表面と塗布液層との界面を選択的に局所加熱することで除去し、露出した基板表面上に選択的に高密着性金属ナノ粒子焼結体膜を形成することが可能である。この基板表面に対する高い密着性は、金属基板、例えば、銅基板表面に対して、金属ナノ粒子を付着させ、レーザ光照射を利用して、局所的に温度を上昇させることで、相互拡散に起因する合金化領域を形成することで達成される。あるいは、例えば、ポリイミド層により被覆されている基板では、該ポリイミド層の表面にレーザ光照射を施すことで、光活性化による表面改質を行う結果、ポリイミド層の該改質された表面に生成する官能基と金属ナノ粒子との相互作用を介して、基板表面に対する高い密着性を付与することができる。   In the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention, a metal nanoparticle dispersion liquid with a predetermined coating liquid thickness is applied to a predetermined region on a substrate surface coated with a liquid repellent coating layer. When applying, wettability to the surface is limited, and exudation outside the target region is suppressed. Thereafter, the liquid repellent coating layer in contact with the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion is removed by selectively locally heating the interface between the substrate surface and the coating solution layer by laser light irradiation, and the exposed surface of the substrate is exposed. It is possible to selectively form a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film. The high adhesion to the substrate surface is caused by mutual diffusion by attaching metal nanoparticles to the surface of a metal substrate, for example, a copper substrate, and locally raising the temperature using laser light irradiation. This is achieved by forming an alloying region to be formed. Or, for example, in the case of a substrate covered with a polyimide layer, the surface of the polyimide layer is irradiated with a laser beam, and as a result of surface modification by photoactivation, it is generated on the modified surface of the polyimide layer. High adhesion to the substrate surface can be imparted through the interaction between the functional group and the metal nanoparticles.

以下に、本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法をさらに説明する。   Below, the formation method of the highly adhesive metal nanoparticle sintered compact film | membrane concerning this invention is further demonstrated.

光照射による加熱では、照射される光のエネルギーを利用して、対象物質の振動励起を引き起こすことで、対象物質の温度の上昇がなされる。例えば、照射される光の波長が対象物質の電子励起を引き起こさない場合でも、対象物質の振動励起を誘起する際には、温度上昇を起すことが可能である。   In heating by light irradiation, the temperature of the target substance is increased by causing vibration excitation of the target substance using the energy of the irradiated light. For example, even when the wavelength of the irradiated light does not cause electronic excitation of the target substance, it is possible to raise the temperature when inducing vibrational excitation of the target substance.

金属においては、格子振動の励起がなされると、金属自体の温度の上昇がなされる。また、有機化合物においては、該有機化合物の分子振動の励起がなされると、その有機化合物の温度が上昇する。   In a metal, when lattice vibration is excited, the temperature of the metal itself is increased. Moreover, in the organic compound, when the molecular vibration of the organic compound is excited, the temperature of the organic compound increases.

平均粒子径がナノサイズの金属ナノ粒子においては、局在プラズモンに起因する光吸収によって、その格子振動を励起することが可能である。また、該金属ナノ粒子の表面に、金属元素に対する配位的な結合を介して、分子間結合している有機化合物分子は、金属ナノ粒子の格子振動の励起に伴い、前記分子間結合を解消して、離脱することが可能である。また、金属ナノ粒子の表面に局在している、局在プラズモンによって、ラマン散乱を引き起こすことが可能である。すなわち、ストークス・ラマン散乱を引き起こすと、有機化合物分子自体の振動励起が起こる。   In the case of metal nanoparticles having an average particle size of nano-size, the lattice vibration can be excited by light absorption caused by localized plasmons. In addition, organic compound molecules that are intermolecularly bonded to the surface of the metal nanoparticle via a coordinate bond to the metal element are resolved by the excitation of the lattice vibration of the metal nanoparticle. It is possible to leave. Further, Raman scattering can be caused by localized plasmons localized on the surface of the metal nanoparticles. That is, when Stokes-Raman scattering is caused, vibrational excitation of the organic compound molecule itself occurs.

本発明においては、金属ナノ粒子に対して、プラズモン吸収を引き起こすことが可能な波長λ2のレーザ光を照射することで、該金属ナノ粒子自体の選択的加熱を行うとともに、局在プラズモンを利用するラマン励起によって、その表面を被覆している被覆剤分子自体の振動励起を行うことで、被覆剤分子の熱的な離脱を促進している。 In the present invention, the metal nanoparticles are irradiated with laser light having a wavelength λ 2 capable of causing plasmon absorption, thereby selectively heating the metal nanoparticles themselves and using localized plasmons. The thermal excitation of the coating molecules is promoted by the excitation of the coating molecules themselves covering the surface by Raman excitation.

一方、被覆剤分子により被覆されている金属ナノ粒子の分散に利用されている、分散溶媒分子自体は、照射される波長λ2のレーザ光を実質的に吸収しない。そのため、分散している、金属ナノ粒子が加熱される結果、その周囲の分散溶媒の温度も、熱伝導過程によって、徐々に上昇する。換言すると、照射される波長λ2のレーザ光によって局所的に加熱される金属ナノ粒子に対して、その周囲の分散溶媒は熱的リザーバとして機能し、金属ナノ粒子の温度上昇を抑制している。また、金属ナノ粒子分散液の塗布液層の表面温度が上昇し、分散溶媒の沸点に近づくと、その表面から分散溶媒分子の蒸散が進む。その結果、その蒸発熱として、金属ナノ粒子が吸収した波長λ2のレーザ光から変換される熱エネルギーが消費される。すなわち、分散溶媒分子の蒸散によって、金属ナノ粒子分散液の塗布液層の表面温度の急激な上昇は抑制され、少なくとも、金属ナノ粒子分散液の塗布液層の表面近傍の温度は、該分散溶媒の沸点を超えない範囲に制御されている。 On the other hand, the dispersion solvent molecule itself used for dispersion of the metal nanoparticles coated with the coating molecule does not substantially absorb the laser beam having the wavelength λ 2 to be irradiated. Therefore, as a result of heating the dispersed metal nanoparticles, the temperature of the surrounding dispersion solvent gradually increases due to the heat conduction process. In other words, for the metal nanoparticles that are locally heated by the laser beam with the wavelength λ 2 that is irradiated, the surrounding dispersion solvent functions as a thermal reservoir, and suppresses the temperature rise of the metal nanoparticles. . Further, when the surface temperature of the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion rises and approaches the boiling point of the dispersion solvent, transpiration of the dispersion solvent molecules proceeds from the surface. As a result, heat energy converted from the laser light having the wavelength λ 2 absorbed by the metal nanoparticles is consumed as the evaporation heat. That is, the rapid increase in the surface temperature of the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion is suppressed by the transpiration of the dispersion solvent molecules, and at least the temperature in the vicinity of the surface of the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion is It is controlled within a range not exceeding the boiling point of.

本発明の高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法では、下記の4つの工程からなるプロセスを利用している。   In the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film of the present invention, a process comprising the following four steps is used.

(工程1)金属ナノ粒子分散液の塗布液層の形成工程:
基板の表面に、金属ナノ粒子分散液中に含まれる分散溶媒に対する撥液剤被覆層をコートする。この撥液剤被覆層がコートされている基板表面に、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状で塗布して、金属ナノ粒子分散液の塗布液層を形成する。金属ナノ粒子分散液の塗布液層の厚さdは、該塗布液層中に含有される金属ナノ粒子の体積比率を、Vparticle体積%とする際、d・(V/100)が、0.5μmを超えない範囲に選択する。
(Step 1) Step of forming the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion:
A liquid repellent coating layer for the dispersion solvent contained in the metal nanoparticle dispersion is coated on the surface of the substrate. A metal nanoparticle dispersion liquid is applied in a predetermined pattern shape on the surface of the substrate coated with the liquid repellent coating layer to form a coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion liquid. The thickness d of the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion is such that d · (V / 100) is 0 when the volume ratio of the metal nanoparticles contained in the coating solution layer is V particle volume%. Select within a range not exceeding 5 μm.

その際、撥液剤被覆層がコートされている基板表面においては、分散溶媒の濡れ性は低いため、塗布された金属ナノ粒子分散液は、目的とするパターン形状の外へと濡れ拡がる現象の抑制がなされる。   At that time, since the wettability of the dispersion solvent is low on the substrate surface coated with the liquid repellent coating layer, the applied metal nanoparticle dispersion liquid suppresses the phenomenon of wetting and spreading outside the target pattern shape. Is made.

前記の目的に利用される撥液剤被覆層は、濡れ拡がりを抑制するとともに、金属ナノ粒子分散液が基板表面と直接接触することも阻害している。   The liquid repellent coating layer used for the above purpose suppresses wetting and spreading, and also prevents the metal nanoparticle dispersion from coming into direct contact with the substrate surface.

従って、金属ナノ粒子分散液の塗布液層の直下に存在し、この塗布液層と接している撥液剤被覆層のみを、次の工程2の第1のレーザ光照射工程によって選択的に除去する。   Therefore, only the liquid repellent coating layer that exists immediately below the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion and is in contact with the coating solution layer is selectively removed by the first laser light irradiation step of the next step 2. .

(工程2)第1のレーザ光照射工程:
金属ナノ粒子におけるプラズモン吸収を引き起こすことが困難な波長λ1のレーザ光を照射する場合には、金属ナノ粒子に照射された波長λ1のレーザ光は、その一部は、金属ナノ粒子表面で、反射、あるいは散乱を受ける。その際、塗布液層と基板との界面に達する光強度は、金属ナノ粒子による反射と散乱に起因する減衰係数:Ascatter(λ1)に依存する、exp{−(Ascatter(λ1)・Cparticle)・d}に比例して、減少する。従って、照射された波長λ1のレーザ光のうち、金属ナノ粒子分散液の塗布液層を透過して、塗布液層と基板との界面に達する光の割合(見掛けの光透過率):T1-upper(λ1)は、exp{−(Ascatter(λ1)・Cparticle)・d}に比例する。
(Step 2) First laser beam irradiation step:
When irradiating a laser beam with a wavelength λ 1 that is difficult to cause plasmon absorption in the metal nanoparticle, a part of the laser beam with a wavelength λ 1 irradiated to the metal nanoparticle is on the surface of the metal nanoparticle. , Reflected, or scattered. In this case, the light intensity reaching the interface between the coating liquid layer and the substrate depends on the attenuation coefficient A scatter1 ) due to reflection and scattering by the metal nanoparticles: exp {− (A scatter1 ) Decrease in proportion to C particle ) · d}. Therefore, of the irradiated laser light having the wavelength λ 1 , the ratio of light that passes through the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion and reaches the interface between the coating liquid layer and the substrate (apparent light transmittance): T 1-upper1 ) is proportional to exp {− (A scatter1 ) · C particle ) · d}.

金属ナノ粒子分散液の塗布液層の表面では、気相中から、分散溶媒の液相中へと移行する際、照射される波長λ1のレーザ光の一部は、反射される。この表面での反射率R1-upper(λ1)は、照射されるレーザ光に対して、分散溶媒は光吸収を示さないので、レーザ光の波長λ1における、分散溶媒の屈折率nsolvent(λ1)と、気相(例えば、空気)の屈折率nv(λ1)に依存している。 On the surface of the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion liquid, a part of the laser beam having the wavelength λ 1 to be irradiated is reflected when moving from the gas phase to the liquid phase of the dispersion solvent. The reflectance R 1-upper1 ) on the surface does not absorb light with respect to the irradiated laser beam, so the refractive index n solvent of the dispersed solvent at the wavelength λ 1 of the laser beam. (Λ 1 ) and the refractive index n v1 ) of the gas phase (eg, air).

金属ナノ粒子分散液の塗布液層を透過して、塗布液層と基板との界面に達した波長λ1のレーザ光は、塗布液層と基板との界面も、屈折率の不連続な変化があるため、反射を受ける。その際、基板を構成する材料が、この波長λ1のレーザ光に対する吸収を示す際には、この界面での反射率R1-lower(λ1)は、基板を構成する材料の吸収率に大きく依存する。また、基板を構成する材料中に侵入する光の割合(実効的透過率):T1-lower(λ1)も、基板を構成する材料の吸収率に大きく依存する。基板を構成する材料が、波長λ2のレーザ光に対して大きな吸収率を示す場合、基板を構成する材料中に侵入する光は吸収される。その基板を構成する材料により吸収される光の割合(実効的光吸収率):A1-lower(λ1)は、T1-lower(λ1)に相当している。 The laser light of wavelength λ 1 that has passed through the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion and reached the interface between the coating liquid layer and the substrate, the refractive index also changes discontinuously at the interface between the coating liquid layer and the substrate. Because there is a reflection. At that time, when the material constituting the substrate exhibits absorption with respect to the laser beam having the wavelength λ 1 , the reflectance R 1-lower1 ) at the interface is the absorption rate of the material constituting the substrate. It depends heavily. Further, the ratio of light penetrating into the material constituting the substrate (effective transmittance): T 1-lower1 ) also greatly depends on the absorption rate of the material constituting the substrate. When the material constituting the substrate shows a large absorption rate with respect to the laser light having the wavelength λ 2 , the light entering the material constituting the substrate is absorbed. The ratio of light absorbed by the material constituting the substrate (effective light absorption rate): A 1-lower1 ) corresponds to T 1-lower1 ).

金属ナノ粒子分散液の塗布液層の表面から、波長λ1のレーザ光を、照射スポット径D1(μm)、平均レーザ光強度P1(W/mm2)で、垂直方向(入射角0°)から照射する。照射された波長λ1のレーザ光のうち、T1-lower(λ1)・P1(W/mm2)に相当する部分が、基板を構成する材料中に侵入し、吸収される。その際、基板を構成する材料により吸収された波長λ1のレーザ光の一部は、熱エネルギーに変換される結果、レーザ光照射されている領域では、塗布液層/基板の界面の温度が上昇する。レーザ光照射開示時から、該界面の温度は上昇し、照射時間が経過するとともに、前記T1-lower(λ1)・P1(W/mm2)に依存する一定の温度:T1-bottom(℃)に達して、平衡状態となる。具体的には、照射時間t1が、t1-minを超えると、該界面の温度は、ほぼT1-bottom(℃)に達し、その後は、熱的平衡状態となる。 From the surface of the coating layer of the metal nanoparticle dispersion liquid, a laser beam having a wavelength λ 1 is applied in the vertical direction (incident angle 0) with an irradiation spot diameter D 1 (μm) and an average laser beam intensity P 1 (W / mm 2 ). Irradiate from (°). Of the irradiated laser light having the wavelength λ 1 , a portion corresponding to T 1 -lower1 ) · P 1 (W / mm 2 ) enters the material constituting the substrate and is absorbed. At that time, a part of the laser beam having the wavelength λ 1 absorbed by the material constituting the substrate is converted into thermal energy. As a result, in the region irradiated with the laser beam, the temperature of the coating liquid layer / substrate interface is To rise. The temperature of the interface rises from the time of disclosure of laser light irradiation, the irradiation time elapses, and a constant temperature depending on T 1 -lower1 ) · P 1 (W / mm 2 ): T 1- It reaches bottom (° C) and reaches an equilibrium state. Specifically, when the irradiation time t 1 exceeds t 1 -min, the temperature of the interface reaches approximately T 1 -bottom (° C.), and thereafter, the thermal equilibrium state is reached.

撥液剤被覆層を構成している、撥液剤は、温度が上昇するとともに、分散溶媒中での溶解度は上昇するため、前記界面の温度がT1-bottom(℃)に達した状態で、一定時間:Δt1保持すると、撥液剤被覆層の溶解除去がなされる。従って、延べ照射時間t1が、(t1-min+Δt1)を超えると、レーザ光照射されている領域では、塗布液層/基板の界面に存在していた撥液剤被覆層の選択的な除去がなされる。その結果、このレーザ光照射されている領域では、基板の表面に、金属ナノ粒子分散液の塗布液層が直接接触する状態となる。 Since the liquid repellent that constitutes the liquid repellent coating layer increases in temperature and solubility in the dispersion solvent increases, the temperature of the interface reaches a constant T 1 -bottom (° C.). When the time: Δt 1 is maintained, the liquid repellent coating layer is dissolved and removed. Therefore, when the total irradiation time t 1 exceeds (t 1−min + Δt 1 ), the selective application of the liquid repellent coating layer present at the coating liquid layer / substrate interface in the region irradiated with the laser light is performed. Removal is done. As a result, in the region irradiated with the laser beam, the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion is in direct contact with the surface of the substrate.

勿論、金属ナノ粒子分散液の塗布液層の表面の温度も、照射時間が経過するとともに、上昇し、該塗布液層の表面に照射される平均レーザ光強度P1(W/mm2)に依存する一定の温度:T1-top(℃)に達して、平衡状態となる。その際、金属ナノ粒子分散液の塗布液層中における、波長λ1のレーザ光の吸収は僅かであるので、塗布液層/基板の界面の温度は、塗布液層の表面より高くなっており、T1-bottom(℃)>T1-top(℃)の状態となっている。 Of course, the temperature of the surface of the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion also rises as the irradiation time elapses, and the average laser light intensity P 1 (W / mm 2 ) irradiated on the surface of the coating liquid layer is increased. Reliable constant temperature: T 1 -top (° C.) is reached and equilibrium is reached. At that time, since the absorption of the laser beam having the wavelength λ 1 in the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion liquid is slight, the temperature of the coating liquid layer / substrate interface is higher than the surface of the coating liquid layer. , T 1-bottom (° C.)> T 1 -top (° C.).

すなわち、延べ照射時間t1が、(t1-min+Δt1)を超えると、塗布液層中には、塗布液層/基板の界面から、塗布液層の表面へ向かって、温度勾配が形成され、その平均温度勾配は、(T1-bottom−T1-top)/d(℃/μm)となる。 That is, when the total irradiation time t 1 exceeds (t 1−min + Δt 1 ), a temperature gradient is formed in the coating liquid layer from the coating liquid layer / substrate interface toward the surface of the coating liquid layer. The average temperature gradient is (T 1 -bottom− T 1 -top ) / d (° C./μm).

撥液剤被覆層を選択的に除去した後、次の工程3:第2のレーザ光照射工程によって、金属ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子の離脱と、被覆剤分子層を除いた金属ナノ粒子を基板表面に付着・積層する処理を行う。   After selectively removing the liquid repellent coating layer, in the next step 3: the second laser light irradiation step, the release of the coating molecules covering the surface of the metal nanoparticles and the coating molecular layer were removed. A process of attaching and laminating metal nanoparticles to the substrate surface is performed.

(工程3)第2のレーザ光照射工程:
金属ナノ粒子分散液の塗布液層の表面から、金属ナノ粒子に対して、プラズモン吸収を引き起こすことが可能な波長λ2のレーザ光を照射すると、金属ナノ粒子のプラズモン吸収に伴い、一部は熱エネルギーに変換され、あるいは、金属ナノ粒子の表面の被覆剤分子の熱的離脱に利用される。さらには、一部は、金属ナノ粒子表面で、反射、あるいは散乱を受ける。その結果、金属ナノ粒子分散液の塗布液層の表面から、照射された波長λ2のレーザ光のうち、金属ナノ粒子分散液の塗布液層を透過して、金属ナノ粒子分散液の塗布液層と基板との界面に達する光強度は、分散液中に分散されている金属ナノ粒子の分散濃度Cparticleと、この塗布液層の厚さdに依存して、減少する。具合的には、塗布液層と基板との界面に達する光強度は、金属ナノ粒子によるプラズモン吸収に起因する吸収係数:Aplasmon(λ2)、反射と散乱に起因する減衰係数:Ascatter(λ2)に依存する、exp[−{(Aplasmon(λ2)+Ascatter(λ2))・Cparticle}・d]に比例して、減少する。従って、照射された波長λ2のレーザ光のうち、金属ナノ粒子分散液の塗布液層を透過して、塗布液層と基板との界面に達する光の割合(見掛けの光透過率):T2-upper(λ2)は、exp[−{(Aplasmon(λ2)+Ascatter(λ2))・Cparticle}・d]に比例する。
(Step 3) Second laser beam irradiation step:
When laser light with a wavelength λ 2 capable of causing plasmon absorption is irradiated on the metal nanoparticles from the surface of the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion, a part of the plasmon absorption of the metal nanoparticles causes It is converted into thermal energy or used for thermal detachment of the coating molecules on the surface of the metal nanoparticles. Furthermore, a part is reflected or scattered by the metal nanoparticle surface. As a result, from the surface of the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion liquid, the laser light having the wavelength λ 2 is transmitted through the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion liquid, and the coating liquid of the metal nanoparticle dispersion liquid The light intensity reaching the interface between the layer and the substrate decreases depending on the dispersion concentration C particle of the metal nanoparticles dispersed in the dispersion and the thickness d of the coating liquid layer. Specifically, the light intensity reaching the interface between the coating liquid layer and the substrate is determined by the absorption coefficient A plasmon2 ) due to plasmon absorption by the metal nanoparticles, and the attenuation coefficient A scatter due to reflection and scattering (A scatter ( depends on λ 2), exp [- { (a plasmon (λ 2) + a scatter (λ 2)) · C particle} · d] in proportion to the decreases. Therefore, of the irradiated laser light of wavelength λ 2 , the ratio of light that passes through the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion and reaches the interface between the coating liquid layer and the substrate (apparent light transmittance): T 2-upper2 ) is proportional to exp [− {(A plasmon2 ) + A scatter2 )) · C particle } · d].

金属ナノ粒子分散液の塗布液層の表面では、気相中から、分散溶媒の液相中へと移行する際、照射される波長λ2のレーザ光の一部は、反射される。この表面での反射率R2-upper(λ2)は、照射されるレーザ光に対して、分散溶媒は光吸収を示さないので、レーザ光の波長λ2における、分散溶媒の屈折率nsolvent(λ2)と、気相(例えば、空気)の屈折率nv(λ2)に依存している。 On the surface of the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion liquid, a part of the laser beam with the wavelength λ 2 to be irradiated is reflected when moving from the gas phase to the liquid phase of the dispersion solvent. The reflectance R 2 -upper2 ) on the surface does not absorb light with respect to the irradiated laser beam, so the refractive index n solvent of the dispersion solvent at the wavelength λ 2 of the laser beam. (Λ 2 ) and the refractive index n v2 ) of the gas phase (eg, air).

金属ナノ粒子分散液の塗布液層を透過して、塗布液層と基板との界面に達した波長λ2のレーザ光は、塗布液層と基板との界面も、屈折率の不連続な変化があるため、反射を受ける。その際、基板を構成する材料が、この波長λ2のレーザ光に対する吸収を示す際には、この界面での反射率R2-lower(λ2)は、基板を構成する材料の吸収率に大きく依存する。また、基板を構成する材料中に侵入する光の割合(実効的透過率):T2-lower(λ2)も、基板を構成する材料の吸収率に大きく依存する。基板を構成する材料が、波長λ2のレーザ光に対して大きな吸収率を示す場合、基板を構成する材料中に侵入する光は吸収される。その基板を構成する材料により吸収される光の割合(実効的光吸収率):A2-lower(λ2)は、T2-lower(λ2)に相当している。 Laser light of wavelength λ 2 that has passed through the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion and reached the interface between the coating liquid layer and the substrate, the refractive index also changes discontinuously at the interface between the coating liquid layer and the substrate. Because there is a reflection. At that time, when the material constituting the substrate exhibits absorption with respect to the laser beam having the wavelength λ 2 , the reflectance R 2-lower2 ) at the interface is the absorption rate of the material constituting the substrate. It depends heavily. Further, the ratio of light penetrating into the material constituting the substrate (effective transmittance): T 2-lower2 ) also greatly depends on the absorption rate of the material constituting the substrate. When the material constituting the substrate shows a large absorption rate with respect to the laser light having the wavelength λ 2 , the light entering the material constituting the substrate is absorbed. The ratio of light absorbed by the material constituting the substrate (effective light absorption rate): A 2-lower2 ) corresponds to T 2-lower2 ).

金属ナノ粒子分散液の塗布液層の表面から、波長λ2のレーザ光を、照射スポット径D2(μm)、平均レーザ光強度P2(W/mm2)で、垂直方向(入射角0°)から照射する。照射された波長λ2のレーザ光のうち、T2-lower(λ2)・P2(W/mm2)に相当する部分が、基板を構成する材料中に侵入し、吸収される。その際、基板を構成する材料により吸収された波長λ2のレーザ光の一部は、熱エネルギーに変換される結果、レーザ光照射されている領域では、塗布液層/基板の界面の温度が上昇する。レーザ光照射開示時から、該界面の温度は上昇し、照射時間が経過するとともに、前記T2-lower(λ2)・P2(W/mm2)に依存する一定の温度:T2-bottom(℃)に達して、平衡状態となる。具体的には、照射時間t2が、t2-minを超えると、該界面の温度は、ほぼT2-bottom(℃)に達し、その後は、熱的平衡状態となる。 From the surface of the coating layer of the metal nanoparticle dispersion liquid, a laser beam having a wavelength λ 2 is applied in the vertical direction (incident angle 0) with an irradiation spot diameter D 2 (μm) and an average laser beam intensity P 2 (W / mm 2 ). Irradiate from (°). Of the irradiated laser light having the wavelength λ 2 , a portion corresponding to T 2 -lower2 ) · P 2 (W / mm 2 ) enters the material constituting the substrate and is absorbed. At that time, a part of the laser beam having the wavelength λ 2 absorbed by the material constituting the substrate is converted into thermal energy. As a result, in the region irradiated with the laser beam, the temperature of the coating liquid layer / substrate interface is To rise. The temperature of the interface rises from the time of disclosure of laser light irradiation, the irradiation time elapses, and a constant temperature depending on the T 2-lower2 ) · P 2 (W / mm 2 ): T 2− It reaches bottom (° C) and reaches an equilibrium state. Specifically, when the irradiation time t 2 exceeds t 2−min , the temperature of the interface reaches approximately T 2−bottom (° C.), and thereafter, the thermal equilibrium state is reached.

一方、波長λ2のレーザ光は、塗布液層中に分散されている金属ナノ粒子により吸収され、その表面には局在プラズモンが生成される。波長λ2のレーザ光吸収に伴って、金属ナノ粒子の格子振動の励起がなされ、金属ナノ粒子の局所的加熱がなされる。この金属ナノ粒子による吸収によって、波長λ2のレーザ光は熱エネルギーに変換され、さらに、該金属ナノ粒子の周囲の分散溶媒への熱伝導を介して、熱エネルギーが供与される。その結果、塗布液層の温度も上昇するが、照射時間t2が、t2-minを超えると、その後は、熱的擬平衡状態となる。例えば、金属ナノ粒子分散液の塗布液層の表面の温度は、照射時間が経過するとともに、上昇し、該塗布液層の表面に照射される平均レーザ光強度P2(W/mm2)に依存する一定の温度:T2-top(℃)に達して、擬平衡状態となる。 On the other hand, the laser light having the wavelength λ 2 is absorbed by the metal nanoparticles dispersed in the coating liquid layer, and localized plasmons are generated on the surface thereof. Along with the absorption of the laser beam having the wavelength λ 2 , the lattice vibration of the metal nanoparticles is excited, and the metal nanoparticles are locally heated. By the absorption by the metal nanoparticles, the laser light having the wavelength λ 2 is converted into heat energy, and further, heat energy is provided through heat conduction to the dispersion solvent around the metal nanoparticles. As a result, the temperature of the coating liquid layer also rises, but when the irradiation time t 2 exceeds t 2 -min , a thermal quasi-equilibrium state is thereafter obtained. For example, the temperature of the surface of the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion rises as the irradiation time elapses, and reaches the average laser light intensity P 2 (W / mm 2 ) irradiated onto the surface of the coating liquid layer. Reliable constant temperature: T 2 -top (° C.) is reached and a quasi-equilibrium state is reached.

その際、塗布液層の厚さdを、d・(V/100)が、0.5μmを超えない範囲に選択すると、通常、T2-bottom(℃)>T2-top(℃)となる。 At that time, if the thickness d of the coating solution layer is selected in a range where d · (V / 100) does not exceed 0.5 μm, it is usually T 2 -bottom (° C.)> T 2 -top (° C.). Become.

金属ナノ粒子の表面に局在プラズモンが生成されると、該局在プラズモンによって、金属ナノ粒子の表面の被覆剤分子の振動励起が引き起こされる。その状態では、金属ナノ粒子の表面から、被覆剤分子の熱的離脱の促進が図られる。従って、塗布液層/基板の界面の近傍においても、金属ナノ粒子の表面から、被覆剤分子の熱的離脱が進行し、被覆剤分子が除去された金属ナノ粒子が、基板表面に付着し、付着した金属ナノ粒子は、二次元的な層構造を形成する。この二次元的な金属ナノ粒子の付着層を、核生成層として、その上面に、被覆剤分子が除去された金属ナノ粒子が積層される。この金属ナノ粒子の積層中では、温度T2-bottom(℃)程度に加熱されており、金属ナノ粒子相互が、融着した状態となる。 When localized plasmons are generated on the surface of the metal nanoparticles, the localized plasmons cause vibrational excitation of the coating molecules on the surface of the metal nanoparticles. In that state, the thermal detachment of the coating agent molecule is promoted from the surface of the metal nanoparticle. Therefore, even in the vicinity of the coating liquid layer / substrate interface, the thermal detachment of the coating molecules proceeds from the surface of the metal nanoparticles, and the metal nanoparticles from which the coating molecules have been removed adhere to the substrate surface, The attached metal nanoparticles form a two-dimensional layer structure. The adhesion layer of the two-dimensional metal nanoparticles is used as a nucleation layer, and metal nanoparticles from which the coating agent molecules are removed are laminated on the upper surface. During the lamination of the metal nanoparticles, the metal nanoparticles are heated to about T 2 -bottom (° C.), and the metal nanoparticles are in a fused state.

前記界面の温度がT2-bottom(℃)に達した状態で、レーザ光照射を一定時間:Δt2継続すると、塗布液層中に含有されていた金属ナノ粒子は、金属ナノ粒子の積層へと取り込まれる。その結果、塗布液層中に、被覆剤分子により表面が被覆され、分散されている金属ナノ粒子は、実質的に残余していない状態となる。従って、延べ照射時間t2が、(t2-min+Δt2)を超えると、レーザ光照射されている領域では、基板の表面に、金属ナノ粒子の積層が付着された状態となる。 When the temperature of the interface reaches T 2 -bottom (° C.), when laser light irradiation is continued for a certain time: Δt 2, the metal nanoparticles contained in the coating liquid layer are transferred to the stack of metal nanoparticles. It is taken in. As a result, the surface of the coating liquid layer is coated with the coating agent molecules, and the dispersed metal nanoparticles are not substantially left. Therefore, when the total irradiation time t 2 exceeds (t 2−min + Δt 2 ), in the region irradiated with the laser light, a stack of metal nanoparticles is attached to the surface of the substrate.

その過程で、塗布液層の表面から、分散溶媒分子、被覆剤分子の蒸散が徐々に進行するが、金属ナノ粒子の積層構造全体を浸漬するに十分な量の分散溶媒が残余している状態となっている。   In the process, the transpiration of the dispersion solvent molecules and coating molecules gradually proceeds from the surface of the coating liquid layer, but a sufficient amount of dispersion solvent remains to immerse the entire laminated structure of metal nanoparticles. It has become.

基板表面に付着されている、金属ナノ粒子が密に積層された層に対して、次の工程4:第3のレーザ光照射工程によって、低温焼結を施し、金属ナノ粒子焼結体膜とする。   The layer in which the metal nanoparticles are adhered densely attached to the surface of the substrate is subjected to low temperature sintering by the following step 4: third laser light irradiation step, and the metal nanoparticle sintered body film and To do.

(工程4)第3のレーザ光照射工程:
金属ナノ粒子の表面を被覆する被覆剤分子の離脱がなされ、基板表面を覆うように、金属ナノ粒子が沈積して、金属ナノ粒子が密に積層された層が形成されると、照射されるレーザ光は、この金属ナノ粒子が密に積層された層により遮蔽される。
(Step 4) Third laser beam irradiation step:
The coating molecules that coat the surface of the metal nanoparticles are detached, and when the metal nanoparticles are deposited to cover the substrate surface, a layer in which the metal nanoparticles are densely stacked is irradiated. Laser light is shielded by a layer in which the metal nanoparticles are densely stacked.

この状態で、塗布液層の表面から波長λ3のレーザ光を照射すると、塗布液層中に侵入した波長λ3のレーザ光は、分散溶媒分子、この分散溶媒中に溶解している被覆剤分子により吸収されない場合、塗布液層を透過して、金属ナノ粒子が密に積層された層に入射される。 In this state, when the laser beam having the wavelength λ 3 is irradiated from the surface of the coating solution layer, the laser beam having the wavelength λ 3 that has entered the coating solution layer is dispersed solvent molecules, and the coating agent dissolved in the dispersion solvent. When not absorbed by the molecules, the light passes through the coating solution layer and enters the layer in which the metal nanoparticles are densely stacked.

塗布液層の表面では、気相中から、分散溶媒の液相中へと移行する際、照射される波長λ3のレーザ光の一部は、反射される。この表面での反射率R3-upper(λ3)は、照射されるレーザ光に対して、分散剤分子、分散溶媒は光吸収を示さないので、レーザ光の波長λ3における、分散溶媒の屈折率nsolvent(λ3)と、気相(例えば、空気)の屈折率nv(λ3)に依存している。 On the surface of the coating liquid layer, a part of the laser beam with the wavelength λ 3 to be irradiated is reflected when moving from the gas phase to the liquid phase of the dispersion solvent. Reflectance R 3-upper in the surface (lambda 3), to the laser beam irradiated, dispersing agent molecules, the dispersion solvent shows no optical absorption, at the wavelength lambda 3 of the laser beam, the dispersion solvent It depends on the refractive index n solvent3 ) and the refractive index n v3 ) of the gas phase (eg, air).

実際には、塗布液層中に分散している金属ナノ粒子は残留していないが、例えば、分散溶媒中に溶解している分散剤分子による散乱、ラマン散乱が存在するため、塗布液層中を通過する際、波長λ3のレーザ光の強度が僅かに減衰される。そのため、塗布液層を透過して、金属ナノ粒子が密に積層された層表面に達する光の割合、すなわち、塗布液層の見掛けの透過率:T3-upper(λ3)は、該塗布液層内での光吸収、反射と散乱に起因する減衰係数:Ascatter(λ3)に依存する、exp{−(Ascatter(λ3)・d}に比例して、減少する。 Actually, the metal nanoparticles dispersed in the coating liquid layer do not remain, but for example, scattering and Raman scattering by the dispersant molecules dissolved in the dispersion solvent exist, When passing through, the intensity of the laser light of wavelength λ 3 is slightly attenuated. Therefore, the ratio of the light that passes through the coating liquid layer and reaches the surface of the densely layered metal nanoparticles, that is, the apparent transmittance of the coating liquid layer: T 3-upper3 ) is attenuation coefficient due to light absorption, reflection and scattering in the liquid layer: depends on a scatter (λ 3), exp {- (a scatter (λ 3) · d} in proportion to the decreases.

金属ナノ粒子を構成する金属が、その表面プラズモン吸収によって、波長λ3のレーザ光を吸収することが可能である場合、金属ナノ粒子が密に積層された層に入射される波長λ3のレーザ光の一部は、吸収される。勿論、金属ナノ粒子が密に積層された層の表面において、波長λ3のレーザ光の反射、あるいは、散乱も生じる。この金属ナノ粒子が密に積層された層の表面における見掛けの反射率:R3-metal-layer(λ3)は、金属ナノ粒子が密に積層された層の吸収率に依存している。また、金属ナノ粒子が密に積層された層中に侵入する光の割合(実効的透過率):T3-metal-layer(λ3)も、この層の吸収率に依存している。 The metal constituting the metal nanoparticles, by the surface plasmon absorption, if it is possible to absorb a laser beam having a wavelength lambda 3, the laser wavelength lambda 3 which metal nanoparticles are incident on the layers that are closely stacked Part of the light is absorbed. Of course, reflection or scattering of the laser light having the wavelength λ 3 also occurs on the surface of the layer in which the metal nanoparticles are densely stacked. The apparent reflectance R 3 metal-layer3 ) on the surface of the layer in which the metal nanoparticles are densely laminated depends on the absorption rate of the layer in which the metal nanoparticles are densely laminated. In addition, the ratio of light penetrating into the layer in which the metal nanoparticles are densely stacked (effective transmittance): T 3 -metal-layer3 ) also depends on the absorption rate of this layer.

金属ナノ粒子が密に積層された層が波長λ3のレーザ光に対して大きな吸収率を示す場合、金属ナノ粒子が密に積層された層中に侵入する光は吸収される。この金属ナノ粒子が密に積層された層により吸収される光の割合(実効的光吸収率):A3-metal-layer(λ3)は、T3-metal-layer(λ3)に相当している。 When the layer in which the metal nanoparticles are densely laminated exhibits a large absorption rate for the laser light having the wavelength λ 3 , the light that enters the layer in which the metal nanoparticles are densely laminated is absorbed. Ratio of light absorbed by the layer in which the metal nanoparticles are densely stacked (effective light absorption rate): A 3-metal-layer3 ) is equivalent to T 3-metal-layer3 ) is doing.

その際、金属ナノ粒子が密に積層された層により吸収される、波長λ3のレーザ光は、例えば、表面プラズモンを生成し、さらに、格子振動の励起を引き起こすことで、各金属ナノ粒子を局所的に加熱する。その際、金属ナノ粒子が密に積層された層の層内では、各金属ナノ粒子において、波長λ3のレーザ光から変換された熱的エネルギーは、熱伝導を介して、層全体で均一化される。勿論、金属ナノ粒子が密に積層された層の周囲に存在する分散溶媒に対しても、熱伝導を介して、熱的エネルギーが供給され、加熱がなされる。 At that time, the laser light having a wavelength of λ 3 absorbed by the layer in which the metal nanoparticles are densely stacked generates, for example, surface plasmons and further causes excitation of lattice vibration, thereby causing each metal nanoparticle to be excited. Heat locally. At that time, in the layer of the layer in which the metal nanoparticles are densely stacked, in each metal nanoparticle, the thermal energy converted from the laser light having the wavelength λ 3 is made uniform throughout the layer through heat conduction. Is done. Of course, thermal energy is also supplied to the dispersion solvent existing around the densely layered layer of metal nanoparticles through heat conduction, and heating is performed.

換言すると、照射される波長λ3のレーザ光によって局所的に加熱される、金属ナノ粒子が密に積層された層に対して、その周囲の分散溶媒は熱的リザーバとして機能し、急激な温度上昇を抑制している。また、塗布液層の表面温度が上昇し、分散溶媒の沸点に近づくと、その表面から分散溶媒分子の蒸散が進む。その結果、その蒸発熱として、金属ナノ粒子が密に積層された層が吸収した波長λ3のレーザ光から変換される熱エネルギーが消費される。すなわち、分散溶媒分子の蒸散によって、塗布液層の表面温度の急激な上昇は抑制され、少なくとも、塗布液層の表面近傍の温度は、該分散溶媒の沸点を超えない範囲に制御されている。 In other words, for the layer in which the metal nanoparticles are densely stacked, which is locally heated by the laser beam of wavelength λ 3 to be irradiated, the surrounding dispersion solvent functions as a thermal reservoir, and a rapid temperature The rise is suppressed. Further, when the surface temperature of the coating liquid layer rises and approaches the boiling point of the dispersion solvent, the dispersion solvent molecules evaporate from the surface. As a result, thermal energy converted from the laser light having the wavelength λ 3 absorbed by the layer in which the metal nanoparticles are densely stacked is consumed as the evaporation heat. That is, the rapid increase in the surface temperature of the coating liquid layer is suppressed by the transpiration of the dispersion solvent molecules, and at least the temperature near the surface of the coating liquid layer is controlled in a range not exceeding the boiling point of the dispersion solvent.

塗布液層の表面から、波長λ3のレーザ光を、照射スポット径D3(μm)、平均レーザ光強度P3(W/mm2)で、垂直方向(入射角0°)から照射する。照射された波長λ3のレーザ光のうち、T3-metal-layer(λ3)・P3(W/mm2)に相当する部分が、金属ナノ粒子が密に積層された層中に侵入し、吸収される。その際、金属ナノ粒子が密に積層された層により吸収された波長λ3のレーザ光は、熱エネルギーに変換される結果、レーザ光照射されている領域では、金属ナノ粒子が密に積層された層の温度が上昇する。レーザ光照射開示時から、該界面の温度は上昇し、照射時間が経過するとともに、前記T3-metal-layer(λ3)・P3(W/mm2)に依存する一定の温度:T3-bottom(℃)に達して、擬平衡状態となる。具体的には、照射時間t3が、t3-minを超えると、該金属ナノ粒子が密に積層された層の温度は、ほぼT3-bottom(℃)に達し、その後は、熱的擬平衡状態となる。 From the surface of the coating liquid layer, a laser beam having a wavelength λ 3 is irradiated from the vertical direction (incident angle 0 °) with an irradiation spot diameter D 3 (μm) and an average laser beam intensity P 3 (W / mm 2 ). Of the irradiated laser light of wavelength λ 3 , the part corresponding to T 3-metal-layer3 ) · P 3 (W / mm 2 ) enters the layer in which metal nanoparticles are densely stacked. And absorbed. At that time, the laser light of wavelength λ 3 absorbed by the layer in which the metal nanoparticles are densely laminated is converted into thermal energy. As a result, the metal nanoparticles are densely laminated in the region irradiated with the laser light. The temperature of the layer increases. The temperature of the interface rises from the time of disclosure of laser light irradiation, the irradiation time elapses, and a constant temperature depending on the T 3-metal-layer3 ) · P 3 (W / mm 2 ): T It reaches 3-bottom (° C) and becomes a quasi-equilibrium state. Specifically, when the irradiation time t 3 exceeds t 3 -min , the temperature of the layer in which the metal nanoparticles are densely stacked reaches approximately T 3 -bottom (° C.), and then the thermal It becomes a quasi-equilibrium state.

また、塗布液層の表面の温度は、照射時間が経過するとともに、上昇し、該塗布液層の表面に照射される平均レーザ光強度P3(W/mm2)に依存する一定の温度:T3-top(℃)に達して、擬平衡状態となる。この段階では、塗布液層中における光吸収は実質的に無い状態となっており、金属ナノ粒子が密に積層された層から熱伝導によって供給される熱エネルギーにより加熱されている。従って、T3-bottom(℃)>T3-top(℃)となる。 Further, the temperature of the surface of the coating liquid layer rises as the irradiation time elapses, and is a constant temperature that depends on the average laser light intensity P 3 (W / mm 2 ) irradiated on the surface of the coating liquid layer: T 3 -top (° C.) is reached and a pseudo-equilibrium state is reached. At this stage, light absorption in the coating liquid layer is substantially absent, and heating is performed by thermal energy supplied by heat conduction from a layer in which metal nanoparticles are densely stacked. Therefore, T 3-bottom (° C.)> T 3-top (° C.).

上記の温度に保持される結果、金属ナノ粒子が密に積層された層内において、低温焼結が進行する。温度がT3-bottom(℃)に達した状態で、レーザ光照射を一定時間:Δt3継続すると、金属ナノ粒子焼結体膜に変換される。従って、延べ照射時間t3が、(t3-min+Δt3)を超えると、レーザ光照射されている領域では、基板の表面に、高い密着性の金属ナノ粒子焼結体膜が形成された状態となる。 As a result of being maintained at the above temperature, low-temperature sintering proceeds in a layer in which metal nanoparticles are densely stacked. When the temperature reaches T 3 -bottom (° C.) and the laser beam irradiation is continued for a certain time: Δt 3 , it is converted into a metal nanoparticle sintered body film. Accordingly, when the total irradiation time t 3 exceeds (t 3−min + Δt 3 ), a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film is formed on the surface of the substrate in the region irradiated with the laser beam. It becomes a state.

その過程で、塗布液層の表面から、分散溶媒分子、被覆剤分子、撥液剤分子の蒸散が進行し、最終的に、分散溶媒分子、被覆剤分子、撥液剤分子が残余しない状態となる。   In the process, evaporation of the dispersion solvent molecule, the coating agent molecule, and the liquid repellent molecule proceeds from the surface of the coating liquid layer, and finally the dispersion solvent molecule, the coating agent molecule, and the liquid repellent molecule are not left.

本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法では、工程2、工程3において、塗布液層中に含まれる分散溶媒中に、撥液剤分子、被覆剤分子を溶出させる。そのため、工程1において、金属ナノ粒子分散液の塗布液層を形成した後、該塗布液層中に含まれる分散溶媒の大半を除去するための乾燥処理を行わない形態が好ましい。   In the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention, in step 2 and step 3, the liquid repellent molecule and the coating agent molecule are eluted in the dispersion solvent contained in the coating liquid layer. Therefore, in the process 1, after forming the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion liquid, a form in which a drying process for removing most of the dispersion solvent contained in the coating liquid layer is not performed is preferable.

(予備乾燥処理工程)
一方、金属ナノ粒子分散液の塗布液層に含まれる分散溶媒の含有比率が、撥液剤分子、被覆剤分子の溶出に支障を及ぼさない範囲で、工程1の後、工程2に先立って、該塗布液層中に含まれる分散溶媒を部分的に蒸散除去する予備乾燥処理工程を設けることもできる。この予備乾燥処理工程では、塗布液層全体を、温度Tprebaking(℃)に加熱することで、塗布液層中に含まれる分散溶媒を部分的に蒸散除去する。その際、予備乾燥処理の温度Tprebaking(℃)は、上記工程2の第1のレーザ光照射工程により達成される温度、T1-bottom(℃)>T1-top(℃)と比較して、少なくとも、T1-bottom(℃)>Tprebaking(℃)の範囲、好ましくは、1/2{T1-bottom(℃)+T1-top(℃)}≧Tprebaking(℃)となる範囲に選択する。
(Pre-drying process)
On the other hand, after the step 1 and before the step 2, the content ratio of the dispersion solvent contained in the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion does not interfere with the elution of the liquid repellent molecule and the coating agent molecule. It is also possible to provide a preliminary drying treatment step in which the dispersion solvent contained in the coating liquid layer is partially removed by transpiration. In this preliminary drying process, the dispersion liquid contained in the coating liquid layer is partially removed by evaporation by heating the entire coating liquid layer to a temperature T prebaking (° C.). At that time, the temperature T prebaking (° C.) of the pre-drying treatment is compared with the temperature achieved by the first laser light irradiation step of the above step 2, T 1 -bottom (° C.)> T 1 -top (° C.). And at least the range of T 1 -bottom (° C.)> T prebaking (° C.), preferably 1/2 {T 1 -bottom (° C.) + T 1 -top (° C.)} ≧ T prebaking (° C.) Select to range.

具体的には、予備乾燥処理の温度Tprebaking(℃)は、一般に、120℃>Tprebaking(℃)の範囲、好ましくは、110℃≧Tprebaking(℃)≧50℃の範囲、望ましくは、100℃≧Tprebaking(℃)≧60℃の範囲に選択する。予備乾燥処理の加熱時間tprebakingは、部分的に蒸散させる分散溶媒の沸点、その含有比率と、温度Tprebaking(℃)に応じて、適宜選択される。例えば、温度Tprebaking(℃)を、100℃≧Tprebaking(℃)≧60℃の範囲に選択する際には、加熱時間tprebakingは、30秒〜600秒間の範囲、通常、60秒〜300秒の範囲に選択することが望ましい。 Specifically, the temperature T prebaking (° C.) of the pre-drying treatment is generally in the range of 120 ° C.> T prebaking (° C.), preferably in the range of 110 ° C. ≧ T prebaking (° C.) ≧ 50 ° C., desirably A range of 100 ° C. ≧ T prebaking (° C.) ≧ 60 ° C. is selected. The heating time t prebaking of the preliminary drying treatment is appropriately selected according to the boiling point of the dispersion solvent partially evaporated, the content ratio thereof, and the temperature T prebaking (° C.). For example, when the temperature T prebaking (° C.) is selected in the range of 100 ° C. ≧ T prebaking (° C.) ≧ 60 ° C., the heating time t prebaking is in the range of 30 seconds to 600 seconds, usually 60 seconds to 300 seconds. It is desirable to select a range of seconds.

予備乾燥処理を施す結果、塗布液層中に含有される分散溶媒の体積比率が減少する。結果的に、その後、レーザ光照射による加熱に伴って、蒸散する分散溶媒量は相対的に減少する。発火点が比較的に低い分散溶媒を使用する場合、分散溶媒の蒸散量を低減すると、大気中において、レーザ光照射による局所加熱された状態となり、発火条件を満足する状態に至ることを防止する効果もある。   As a result of the preliminary drying treatment, the volume ratio of the dispersion solvent contained in the coating liquid layer is reduced. As a result, the amount of the dispersed solvent that evaporates is relatively decreased with the heating by the laser beam irradiation. When using a dispersion solvent with a relatively low ignition point, reducing the amount of transpiration of the dispersion solvent prevents it from being locally heated by laser light irradiation in the atmosphere and satisfying the ignition conditions. There is also an effect.

本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法において、その第一の形態では、基板として、ポリイミド層により被覆された基板を採用する。   In the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention, in the first embodiment, a substrate covered with a polyimide layer is employed as the substrate.

その際、前記ポリイミド層の表面をコートする撥液剤被覆層を除去する、工程2の「第1のレーザ光照射工程」において、波長λ1のレーザ光を照射し、該ポリイミド層により吸収させる過程を利用して、該ポリイミド層表面の改質がなされる。 At that time, in the “first laser light irradiation step” of step 2 in which the liquid repellent coating layer that coats the surface of the polyimide layer is removed, a step of irradiating with the laser light having the wavelength λ 1 and absorbing it by the polyimide layer Is used to modify the surface of the polyimide layer.

例えば、工程2において、ポリイミド層自体は、波長λ1=532nm,355nm,266nmのNd/YAGレーザ光の高調波に対する光吸収を示し、この光吸収に起因する光活性化を受ける。また、ポリイミド層は、波長λ1=1064nmのNd/YAGレーザ光の照射によって、局所的に振動励起を受け、活性化がなさる。具体的には、ポリイミド層中における光活性化に伴って、改質がなされる。例えば、レーザ露光領域では、部分的なイミド環の開環反応が進行する。この部分的なイミド環開環によって、例えば、イミド環に由来する、−COOH型の官能基と、−CO−NH−結合部が生成される。前記ポリイミド層の改質によって、その表面に生成される、例えば、−COOH型の官能基や、−CO−NH−結合部は、金属ナノ粒子、例えば、銀ナノ粒子の表面の銀原子との結合を形成する機能を具えている。従って、前記ポリイミド層の改質によって、その表面に生成される、例えば、−COOH型の官能基や、−CO−NH−結合部などの構造は、金属ナノ粒子、例えば、銀ナノ粒子との相互作用することで、密着性を向上させる機能を発揮する。 For example, in step 2, the polyimide layer itself exhibits optical absorption with respect to the harmonics of Nd / YAG laser light having wavelengths λ 1 = 532 nm, 355 nm, and 266 nm, and undergoes photoactivation due to this optical absorption. Further, the polyimide layer is activated by being locally excited by irradiation with Nd / YAG laser light having a wavelength λ 1 = 1064 nm. Specifically, modification is performed with photoactivation in the polyimide layer. For example, a partial imide ring opening reaction proceeds in the laser exposure region. By this partial imide ring opening, for example, a —COOH-type functional group derived from an imide ring and a —CO—NH— bond are generated. By the modification of the polyimide layer, for example, a —COOH type functional group or a —CO—NH— bond is formed between the metal nanoparticles, for example, silver atoms on the surface of the silver nanoparticles. It has the function of forming bonds. Therefore, the structure of, for example, —COOH-type functional groups and —CO—NH— bonds produced on the surface of the polyimide layer by modification is the same as metal nanoparticles, for example, silver nanoparticles. By interacting, it exhibits the function of improving adhesion.

この第一の形態では、上記工程1〜工程4において、下記する条件を選択することが好ましい。   In the first embodiment, it is preferable to select the following conditions in the above-described steps 1 to 4.

工程1において、前記ポリイミド層の表面をコートする撥液剤は、金属ナノ粒子分散液に用いる分散溶媒に対して、撥液性を示す有機化合物が利用される。例えば、撥液剤として、フッ素系表面処理剤、例えば、EGC-1720、3M Novec(住友スリーエム株式会社)など、シリコン系表面処理剤などが利用できる。また、撥液剤被覆層の膜厚は、一般に、5nm〜100nmの範囲、好ましくは、5nm〜20nmの範囲に選択する。なお、撥液剤被覆層は、ポリイミド層の表面全体を覆うように、均一に塗布されている状態とすることが望ましい。   In step 1, the liquid repellent that coats the surface of the polyimide layer is an organic compound that exhibits liquid repellency with respect to the dispersion solvent used in the metal nanoparticle dispersion. For example, a fluorine-based surface treatment agent such as EGC-1720, 3M Novec (Sumitomo 3M Limited), or the like can be used as the liquid repellent. The film thickness of the liquid repellent coating layer is generally selected in the range of 5 nm to 100 nm, preferably in the range of 5 nm to 20 nm. It is desirable that the liquid repellent coating layer be uniformly applied so as to cover the entire surface of the polyimide layer.

また、金属ナノ粒子分散液の塗布液層の厚さdは、該塗布液層中に含有される金属ナノ粒子の体積比率を、Vparticle体積%とする際、d・(V/100)が、0.5μmを超えない範囲に選択する。その場合、金属ナノ粒子分散液の塗布液層の厚さdは、1μm〜5μmの範囲、好ましくは、2μm〜4μmの範囲に選択する。一方、金属ナノ粒子分散液中に含有される金属ナノ粒子の体積比率:Vparticle体積%を、10体積%〜50体積%、好ましくは、10体積%〜25体積%の範囲に選択する。 The thickness d of the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion is such that d · (V / 100) when the volume ratio of the metal nanoparticles contained in the coating solution layer is V particle volume%. , And select within a range not exceeding 0.5 μm. In that case, the thickness d of the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion is selected in the range of 1 μm to 5 μm, preferably in the range of 2 μm to 4 μm. On the other hand, the volume ratio of metal nanoparticles contained in the metal nanoparticle dispersion liquid: V particle volume% is selected in the range of 10 volume% to 50 volume%, preferably 10 volume% to 25 volume%.

工程2で利用される、波長λ1のレーザ光としては、例えば、金属ナノ粒子として、銀ナノ粒子を用いる場合、波長1064nmのNd/YAGレーザ光を採用することが好ましい。また、塗布液層の表面に、垂直方向(入射角0°)から照射する場合、波長λ1のレーザ光は、光ファイバを介して、微小なスポット径で照射する形態とすることが好ましい。照射スポット径D1(μm)は、10μm〜500μmの範囲、好ましくは、100μm〜500μmの範囲に選択する。また、照射される波長λ1のレーザ光の平均レーザ光強度P1(W/mm2)は、50〜800W/mm2の範囲、好ましくは、100〜500W/mm2の範囲に選択する。 As the laser light having the wavelength λ 1 used in the step 2, for example, when silver nanoparticles are used as the metal nanoparticles, it is preferable to employ Nd / YAG laser light having a wavelength of 1064 nm. Further, when the surface of the coating liquid layer is irradiated from the vertical direction (incident angle 0 °), it is preferable that the laser beam having the wavelength λ 1 is irradiated with a minute spot diameter via the optical fiber. The irradiation spot diameter D 1 (μm) is selected in the range of 10 μm to 500 μm, preferably in the range of 100 μm to 500 μm. The average laser beam intensity P 1 of the laser beam having a wavelength lambda 1 emitted (W / mm 2) is in the range of 50~800W / mm 2, preferably, selected within the range of 100 to 500 W / mm 2.

照射スポット点に波長λ1のレーザ光を連続光照射する際、照射時間t1は、少なくとも、1ms以上、通常、1ms〜100msの範囲、好ましくは、20ms〜50msの範囲に選択する。従って、延べ照射量:P1・t1は、800〜20,000W・ms/mm2の範囲、好ましくは、2,000〜15,000W・ms/mm2の範囲に選択する。 When continuously irradiating the irradiation spot point with laser light having the wavelength λ 1 , the irradiation time t 1 is selected to be at least 1 ms, usually in the range of 1 ms to 100 ms, preferably in the range of 20 ms to 50 ms. Therefore, total dose: P 1 · t 1 in the range of 800~20,000W · ms / mm 2, preferably, selected within the range of 2,000~15,000W · ms / mm 2.

工程3で利用される、波長λ2のレーザ光としては、例えば、金属ナノ粒子として、銀ナノ粒子を用いる場合、波長1064nmのNd/YAGレーザ光、波長532nm、355nmのNd/YAGレーザ光の高調波を採用することが好ましい。なお、波長532nm、355nmのNd/YAGレーザ光の高調波を採用すると、銀ナノ粒子の局在プラズモンに起因する吸収の寄与が増す。前記波長532nm、355nmのNd/YAGレーザ光の高調波に代えて、例えば、波長488nm、514.5nmのアルゴンイオンレーザ光を利用することも可能である。 As the laser light having a wavelength λ 2 used in step 3, for example, when silver nanoparticles are used as metal nanoparticles, Nd / YAG laser light having a wavelength of 1064 nm, Nd / YAG laser light having a wavelength of 532 nm, and 355 nm are used. It is preferable to employ harmonics. In addition, if the harmonics of Nd / YAG laser light with wavelengths of 532 nm and 355 nm are employed, the contribution of absorption due to the localized plasmons of the silver nanoparticles increases. Instead of the harmonics of the Nd / YAG laser light having the wavelengths of 532 nm and 355 nm, for example, argon ion laser light having the wavelengths of 488 nm and 514.5 nm may be used.

また、塗布液層の表面に、垂直方向(入射角0°)から照射する場合、波長λ2のレーザ光は、光ファイバを介して、微小なスポット径で照射する形態とすることが好ましい。照射スポット径D2(μm)は、10μm〜500μmの範囲、好ましくは、100μm〜500μmの範囲に選択する。また、照射される波長λ2のレーザ光の平均レーザ光強度P2(W/mm2)は、5〜200W/mm2の範囲、好ましくは、10〜100W/mm2の範囲に選択する。 Further, when irradiating the surface of the coating liquid layer from the vertical direction (incident angle 0 °), it is preferable to irradiate the laser light having the wavelength λ 2 with a minute spot diameter via the optical fiber. The irradiation spot diameter D 2 (μm) is selected in the range of 10 μm to 500 μm, preferably in the range of 100 μm to 500 μm. The average laser beam intensity P 2 of the laser beam having a wavelength lambda 2 emitted (W / mm 2) is in the range of 5~200W / mm 2, preferably, selected within the range of 10 to 100 W / mm 2.

照射スポット点に波長λ2のレーザ光を連続光照射する際、照射時間t1は、少なくとも、1ms以上、通常、1ms〜100msの範囲、好ましくは、20ms〜50msの範囲に選択する。従って、延べ照射量:P2・t2は、200〜5,000W・ms/mm2の範囲、好ましくは、500〜3,000W・ms/mm2の範囲に選択する。 When continuously irradiating the irradiation spot point with the laser beam having the wavelength λ 2 , the irradiation time t 1 is selected to be at least 1 ms, usually in the range of 1 ms to 100 ms, preferably in the range of 20 ms to 50 ms. Therefore, total dose: P 2 · t 2 is in the range of 200~5,000W · ms / mm 2, preferably, selected within the range of 500~3,000W · ms / mm 2.

工程4で利用される、波長λ3のレーザ光としては、例えば、金属ナノ粒子として、銀ナノ粒子を用いる場合、波長1064nmのNd/YAGレーザ光を採用することが好ましい。工程3と同様に、工程4で利用する、波長λ3のレーザ光として、波長532nm、355nmのNd/YAGレーザ光の高調波を採用することもできる。前記波長532nm、355nmのNd/YAGレーザ光の高調波に代えて、例えば、波長488nm、514.5nmのアルゴンイオンレーザ光を利用することも可能である。 As the laser light having the wavelength λ 3 used in step 4, for example, when silver nanoparticles are used as the metal nanoparticles, it is preferable to employ Nd / YAG laser light having a wavelength of 1064 nm. Similarly to step 3, the harmonics of Nd / YAG laser beams having wavelengths of 532 nm and 355 nm may be employed as the laser beam having wavelength λ 3 used in step 4. Instead of the harmonics of the Nd / YAG laser light having the wavelengths of 532 nm and 355 nm, for example, argon ion laser light having the wavelengths of 488 nm and 514.5 nm may be used.

また、塗布液層の表面に、垂直方向(入射角0°)から照射する場合、波長λ3のレーザ光は、光ファイバを介して、微小なスポット径で照射する形態とすることが好ましい。照射スポット径D3(μm)は、10μm〜500μmの範囲、好ましくは、100μm〜500μmの範囲に選択する。また、照射される波長λ3のレーザ光の平均レーザ光強度P2(W/mm2)は、5〜200W/mm2の範囲、好ましくは、10〜100W/mm2の範囲に選択する。 Further, when irradiating the surface of the coating liquid layer from the vertical direction (incident angle 0 °), it is preferable to irradiate the laser beam having the wavelength λ 3 with a minute spot diameter via the optical fiber. The irradiation spot diameter D 3 (μm) is selected in the range of 10 μm to 500 μm, preferably in the range of 100 μm to 500 μm. The average laser beam intensity P 2 of the laser beam having a wavelength lambda 3 emitted (W / mm 2) is in the range of 5~200W / mm 2, preferably, selected within the range of 10 to 100 W / mm 2.

照射スポット点に波長λ3のレーザ光を連続光照射する際、照射時間t1は、少なくとも、1ms以上、通常、1ms〜100msの範囲、好ましくは、20ms〜50msの範囲に選択する。従って、延べ照射量:P3・t3は、200〜5,000W・ms/mm2の範囲、好ましくは、500〜3,000W・ms/mm2の範囲に選択する。 When continuously irradiating the irradiation spot point with the laser beam having the wavelength λ 3 , the irradiation time t 1 is selected to be at least 1 ms, usually in the range of 1 ms to 100 ms, preferably in the range of 20 ms to 50 ms. Therefore, total dose: P 3 · t 3 is in the range of 200~5,000W · ms / mm 2, preferably, selected within the range of 500~3,000W · ms / mm 2.

本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法において、その第二の形態では、基板として、金属基板、例えば、金属箔を導電体層とする基板を採用する。   In the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention, in the second embodiment, a metal substrate, for example, a substrate having a metal foil as a conductor layer is employed as the substrate.

その際、金属箔の導電体層、例えば、電解銅の導電体層の表面をコートする撥液剤被覆層を除去する、工程1の「第1のレーザ光照射工程」において、波長λ1のレーザ光を照射し、該金属箔の導電体層、例えば、電解銅の導電体層により吸収させる。 In this case, in the “first laser light irradiation step” of step 1 in which the conductive layer of the metal foil, for example, the liquid repellent coating layer that coats the surface of the electrolytic copper conductive layer is removed, the laser having the wavelength λ 1 Light is irradiated and absorbed by a conductive layer of the metal foil, for example, a conductive layer of electrolytic copper.

撥液剤被覆層を除去する工程後、工程3において、この該金属箔の導電体層、例えば、電解銅の導電体層の表面に、金属ナノ粒子、例えば、銀ナノ粒子が付着した状態とされる。さらに、工程4において、低温焼結処理を実施することで、該金属箔の導電体層、例えば、電解銅の導電体層と、金属ナノ粒子、例えば、銀ナノ粒子との間で相互拡散が進行する。この相互拡散により形成される合金化領域の存在によって、金属箔の導電体層、例えば、電解銅の導電体層の表面に、高い密着性の金属ナノ粒子焼結体膜が形成された状態となる。   After the step of removing the liquid repellent coating layer, in step 3, metal nanoparticles, for example, silver nanoparticles are attached to the surface of the conductive layer of the metal foil, for example, the conductive layer of electrolytic copper. The Furthermore, in Step 4, by performing a low-temperature sintering treatment, mutual diffusion occurs between the conductive layer of the metal foil, for example, the conductive layer of electrolytic copper, and the metal nanoparticles, for example, silver nanoparticles. proceed. Due to the presence of the alloying region formed by this interdiffusion, a state in which a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film is formed on the surface of the conductor layer of the metal foil, for example, the conductor layer of electrolytic copper, and Become.

この第二の形態では、上記工程1〜工程4において、下記する条件を選択することが好ましい。   In the second embodiment, it is preferable to select the following conditions in the above-described steps 1 to 4.

工程1において、金属基板、例えば、電解銅の導電体層の表面をコートする撥液剤は、金属ナノ粒子分散液に用いる分散溶媒に対して、撥液性を示す有機化合物が利用される。例えば、撥液剤として、フッ素系表面処理剤、例えば、EGC-1720、3M Novec(住友スリーエム株式会社)など、シリコン系表面処理剤などが利用できる。また、撥液剤被覆層の膜厚は、一般に、5nm〜100nmの範囲、好ましくは、5nm〜20nmの範囲に選択する。なお、撥液剤被覆層は、金属基板、例えば、電解銅の導電体層の表面全体を覆うように、均一に塗布されている状態とすることが望ましい。   In step 1, the liquid repellent that coats the surface of the metal substrate, for example, the conductive layer of electrolytic copper, uses an organic compound that exhibits liquid repellency with respect to the dispersion solvent used in the metal nanoparticle dispersion. For example, a fluorine-based surface treatment agent such as EGC-1720, 3M Novec (Sumitomo 3M Limited), or the like can be used as the liquid repellent. The film thickness of the liquid repellent coating layer is generally selected in the range of 5 nm to 100 nm, preferably in the range of 5 nm to 20 nm. The liquid repellent coating layer is desirably uniformly applied so as to cover the entire surface of a metal substrate, for example, an electrolytic copper conductor layer.

また、金属ナノ粒子分散液の塗布液層の厚さdは、該塗布液層中に含有される金属ナノ粒子の体積比率を、Vparticle体積%とする際、d・(V/100)が、0.5μmを超えない範囲に選択する。その場合、金属ナノ粒子分散液の塗布液層の厚さdは、1μm〜5μmの範囲、好ましくは、2μm〜4μmの範囲に選択する。一方、金属ナノ粒子分散液中に含有される金属ナノ粒子の体積比率:Vparticle体積%を、10体積%〜50体積%、好ましくは、10体積%〜25体積%の範囲に選択する。 The thickness d of the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion is such that d · (V / 100) when the volume ratio of the metal nanoparticles contained in the coating solution layer is V particle volume%. , And select within a range not exceeding 0.5 μm. In that case, the thickness d of the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion is selected in the range of 1 μm to 5 μm, preferably in the range of 2 μm to 4 μm. On the other hand, the volume ratio of metal nanoparticles contained in the metal nanoparticle dispersion liquid: V particle volume% is selected in the range of 10 volume% to 50 volume%, preferably 10 volume% to 25 volume%.

工程2で利用される、波長λ1のレーザ光としては、例えば、金属ナノ粒子として、銀ナノ粒子を用いる場合、波長1064nmのNd/YAGレーザ光を採用することが好ましい。また、塗布液層の表面に、垂直方向(入射角0°)から照射する場合、波長λ1のレーザ光は、光ファイバを介して、微小なスポット径で照射する形態とすることが好ましい。照射スポット径D1(μm)は、10μm〜500μmの範囲、好ましくは、100μm〜500μmの範囲に選択する。また、照射される波長λ1のレーザ光の平均レーザ光強度P1(W/mm2)は、5,000〜15,000W/mm2の範囲、好ましくは、10,000〜15,000W/mm2の範囲に選択する。 As the laser light having the wavelength λ 1 used in the step 2, for example, when silver nanoparticles are used as the metal nanoparticles, it is preferable to employ Nd / YAG laser light having a wavelength of 1064 nm. Further, when the surface of the coating liquid layer is irradiated from the vertical direction (incident angle 0 °), it is preferable that the laser beam having the wavelength λ 1 is irradiated with a minute spot diameter via the optical fiber. The irradiation spot diameter D 1 (μm) is selected in the range of 10 μm to 500 μm, preferably in the range of 100 μm to 500 μm. The average laser beam intensity P 1 of the laser beam having a wavelength lambda 1 emitted (W / mm 2) is in the range of 5,000~15,000W / mm 2, preferably, 10,000~15,000W / Select in the mm 2 range.

照射スポット点に波長λ1のレーザ光を連続光照射する際、照射時間t1は、少なくとも、0.5ms以上、通常、0.5ms〜10msの範囲、好ましくは、2ms〜5msの範囲に選択する。従って、延べ照射量:P1・t1は、7,500〜75,000W・ms/mm2の範囲、好ましくは、20,000〜50,000W・ms/mm2の範囲に選択する。 When continuously irradiating a laser beam of wavelength λ 1 to the irradiation spot point, the irradiation time t 1 is selected to be at least 0.5 ms, usually in the range of 0.5 ms to 10 ms, preferably in the range of 2 ms to 5 ms. To do. Therefore, total dose: P 1 · t 1 in the range of 7,500~75,000W · ms / mm 2, preferably, selected within the range of 20,000~50,000W · ms / mm 2.

工程3で利用される、波長λ2のレーザ光としては、例えば、金属ナノ粒子として、銀ナノ粒子を用いる場合、波長1064nmのNd/YAGレーザ光波長、波長532nm、355nmのNd/YAGレーザ光の高調波を採用することが好ましい。なお、波長532nm、355nmのNd/YAGレーザ光の高調波を採用すると、銀ナノ粒子の局在プラズモンに起因する吸収の寄与が増す。前記波長532nm、355nmのNd/YAGレーザ光の高調波に代えて、例えば、波長488nm、514.5nmのアルゴンイオンレーザ光を利用することも可能である。 As a laser beam having a wavelength λ 2 used in step 3, for example, when silver nanoparticles are used as metal nanoparticles, an Nd / YAG laser beam wavelength of 1064 nm, an Nd / YAG laser beam of wavelengths 532 nm and 355 nm is used. It is preferable to employ the higher harmonic. In addition, if the harmonics of Nd / YAG laser light with wavelengths of 532 nm and 355 nm are employed, the contribution of absorption due to the localized plasmons of the silver nanoparticles increases. Instead of the harmonics of the Nd / YAG laser light having the wavelengths of 532 nm and 355 nm, for example, argon ion laser light having the wavelengths of 488 nm and 514.5 nm may be used.

また、塗布液層の表面に、垂直方向(入射角0°)から照射する場合、波長λ2のレーザ光は、光ファイバを介して、微小なスポット径で照射する形態とすることが好ましい。照射スポット径D2(μm)は、10μm〜500μmの範囲、好ましくは、100μm〜500μmの範囲に選択する。また、照射される波長λ2のレーザ光の平均レーザ光強度P2(W/mm2)は、500〜3,000W/mm2の範囲、好ましくは、1,00〜2,000W/mm2の範囲に選択する。 Further, when irradiating the surface of the coating liquid layer from the vertical direction (incident angle 0 °), it is preferable to irradiate the laser light having the wavelength λ 2 with a minute spot diameter via the optical fiber. The irradiation spot diameter D 2 (μm) is selected in the range of 10 μm to 500 μm, preferably in the range of 100 μm to 500 μm. The average laser light intensity of the laser beam having a wavelength lambda 2 emitted P 2 (W / mm 2) is in the range of 500~3,000W / mm 2, preferably, 1,00~2,000W / mm 2 Select the range.

照射スポット点に波長λ2のレーザ光を連続光照射する際、照射時間t2は、少なくとも、0.5ms以上、通常、0.5ms〜10msの範囲、好ましくは、2ms〜5msの範囲に選択する。従って、延べ照射量:P2・t2は、1,500〜7,500W・ms/mm2の範囲、好ましくは、2,000〜5,000W・ms/mm2の範囲に選択する。 When continuously irradiating a laser beam of wavelength λ 2 to the irradiation spot point, the irradiation time t 2 is selected to be at least 0.5 ms, usually in the range of 0.5 ms to 10 ms, preferably in the range of 2 ms to 5 ms. To do. Therefore, total dose: P 2 · t 2 is in the range of 1,500~7,500W · ms / mm 2, preferably, selected within the range of 2,000~5,000W · ms / mm 2.

工程4で利用される、波長λ3のレーザ光としては、例えば、金属ナノ粒子として、銀ナノ粒子を用いる場合、波長1064nmのNd/YAGレーザ光を採用することが好ましい。工程3と同様に、工程4で利用する、波長λ3のレーザ光として、波長532nm、355nmのNd/YAGレーザ光の高調波を採用することもできる。前記波長532nm、355nmのNd/YAGレーザ光の高調波に代えて、例えば、波長488nm、514.5nmのアルゴンイオンレーザ光を利用することも可能である。 As the laser light having the wavelength λ 3 used in step 4, for example, when silver nanoparticles are used as the metal nanoparticles, it is preferable to employ Nd / YAG laser light having a wavelength of 1064 nm. Similarly to step 3, the harmonics of Nd / YAG laser beams having wavelengths of 532 nm and 355 nm may be employed as the laser beam having wavelength λ 3 used in step 4. Instead of the harmonics of the Nd / YAG laser light having the wavelengths of 532 nm and 355 nm, for example, argon ion laser light having the wavelengths of 488 nm and 514.5 nm may be used.

また、塗布液層の表面に、垂直方向(入射角0°)から照射する場合、波長λ3のレーザ光は、光ファイバを介して、微小なスポット径で照射する形態とすることが好ましい。照射スポット径D3(μm)は、10μm〜500μmの範囲、好ましくは、100μm〜500μmの範囲に選択する。また、照射される波長λ3のレーザ光の平均レーザ光強度P3(W/mm2)は、500〜3,000W/mm2の範囲、好ましくは、1,00〜2,000W/mm2の範囲に選択する。 Further, when irradiating the surface of the coating liquid layer from the vertical direction (incident angle 0 °), it is preferable to irradiate the laser beam having the wavelength λ 3 with a minute spot diameter via the optical fiber. The irradiation spot diameter D 3 (μm) is selected in the range of 10 μm to 500 μm, preferably in the range of 100 μm to 500 μm. The average laser beam intensity P 3 of the laser beam having a wavelength lambda 3 emitted (W / mm 2) is in the range of 500~3,000W / mm 2, preferably, 1,00~2,000W / mm 2 Select the range.

照射スポット点に波長λ3のレーザ光を連続光照射する際、照射時間t3は、少なくとも、0.5ms以上、通常、0.5ms〜10msの範囲、好ましくは、2ms〜5msの範囲に選択する。従って、延べ照射量:P3・t3は、1,500〜7,500W・ms/mm2の範囲、好ましくは、2,000〜5,000W・ms/mm2の範囲に選択する。 When continuously irradiating the irradiation spot point with the laser beam having the wavelength λ 3 , the irradiation time t 3 is selected to be at least 0.5 ms or more, usually 0.5 ms to 10 ms, preferably 2 ms to 5 ms. To do. Therefore, total dose: P 3 · t 3 is in the range of 1,500~7,500W · ms / mm 2, preferably, selected within the range of 2,000~5,000W · ms / mm 2.

または、銅含有比率97質量%以上の銅合金からなる導電体層を採用する基板においても、同様の条件が利用できる。   Alternatively, similar conditions can be used for a substrate that employs a conductor layer made of a copper alloy having a copper content of 97% by mass or more.

本発明にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法では、まず、上記工程1〜工程4を実施することで、基板表面に高い密着性を示す、膜厚が約0.5μm程度の金属ナノ粒子焼結体膜を形成する。その後、この金属ナノ粒子焼結体膜上に、金属ナノ粒子分散液の塗布液層を形成し、上記工程3、工程4と同様の操作を行うことで、順次、金属ナノ粒子焼結体膜を積層することで、全体膜厚が厚い金属ナノ粒子焼結体層を作製することが可能である。   In the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the present invention, first, the above steps 1 to 4 are carried out to show high adhesion to the substrate surface, and the film thickness is about 0.5 μm. The metal nanoparticle sintered body film is formed. Thereafter, a coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion is formed on the metal nanoparticle sintered body, and the same operation as in Step 3 and Step 4 is performed, so that the metal nanoparticle sintered body is sequentially formed. By laminating, it is possible to produce a metal nanoparticle sintered body layer having a large overall film thickness.

すなわち、上記の工程1〜工程4に加えて、下記する工程1’、工程3’、工程4’を繰り返し、膜厚が約0.5μm程度の金属ナノ粒子焼結体膜を積層することで、全体膜厚が厚い金属ナノ粒子焼結体層を作製することが可能である。   That is, in addition to the above-described Step 1 to Step 4, the following Step 1 ′, Step 3 ′, Step 4 ′ are repeated to laminate a metal nanoparticle sintered body film having a thickness of about 0.5 μm. It is possible to produce a metal nanoparticle sintered body layer having a large overall film thickness.

(工程1’)金属ナノ粒子分散液の塗布液層の形成工程:
作製された金属ナノ粒子焼結体膜の表面に、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状で塗布して、金属ナノ粒子分散液の塗布液層を形成する。金属ナノ粒子分散液の塗布液層の厚さdは、該塗布液層中に含有される金属ナノ粒子の体積比率を、Vparticle体積%とする際、d・(V/100)が、0.5μmを超えない範囲に選択する。
(Step 1 ′) Step of forming a coating layer of the metal nanoparticle dispersion:
A metal nanoparticle dispersion is applied in a predetermined pattern shape to the surface of the produced metal nanoparticle sintered body film to form a coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion. The thickness d of the coating solution layer of the metal nanoparticle dispersion is such that d · (V / 100) is 0 when the volume ratio of the metal nanoparticles contained in the coating solution layer is V particle volume%. Select within a range not exceeding 5 μm.

その際、撥液剤被覆層がコートされている基板表面においては、分散溶媒の濡れ性は低いため、塗布された金属ナノ粒子分散液は、目的とするパターン形状の外へと濡れ拡がる現象の抑制がなされる。   At that time, since the wettability of the dispersion solvent is low on the substrate surface coated with the liquid repellent coating layer, the applied metal nanoparticle dispersion liquid suppresses the phenomenon of wetting and spreading outside the target pattern shape. Is made.

一方、作製された金属ナノ粒子焼結体膜の表面に対して、金属ナノ粒子分散液は良好な濡れ性を示すため、同じパターン形状の塗布液層が得られる。   On the other hand, since the metal nanoparticle dispersion exhibits good wettability with respect to the surface of the produced metal nanoparticle sintered body film, a coating liquid layer having the same pattern shape can be obtained.

次の工程3’の第2のレーザ光照射工程を実施する。   A second laser light irradiation step of the next step 3 'is performed.

(工程3’)第2のレーザ光照射工程:
金属ナノ粒子分散液の塗布液層の表面から、波長λ2のレーザ光を、照射スポット径D2(μm)、平均レーザ光強度P2(W/mm2)で、垂直方向(入射角0°)から照射する。
(Step 3 ′) Second laser light irradiation step:
From the surface of the coating layer of the metal nanoparticle dispersion liquid, a laser beam having a wavelength λ 2 is applied in the vertical direction (incident angle 0) with an irradiation spot diameter D 2 (μm) and an average laser beam intensity P 2 (W / mm 2 ). Irradiate from (°).

金属ナノ粒子の表面に局在プラズモンが生成されると、該局在プラズモンによって、金属ナノ粒子の表面の被覆剤分子の振動励起が引き起こされる。その状態では、金属ナノ粒子の表面から、被覆剤分子の熱的離脱の促進が図られる。従って、塗布液層/金属ナノ粒子焼結体膜の界面の近傍においても、金属ナノ粒子の表面から、被覆剤分子の熱的離脱が進行し、被覆剤分子が除去された金属ナノ粒子が、金属ナノ粒子焼結体膜表面に付着し、付着した金属ナノ粒子は、二次元的な層構造を形成する。この二次元的な金属ナノ粒子の付着層を、核生成層として、その上面に、被覆剤分子が除去された金属ナノ粒子が積層される。   When localized plasmons are generated on the surface of the metal nanoparticles, the localized plasmons cause vibrational excitation of the coating molecules on the surface of the metal nanoparticles. In that state, the thermal detachment of the coating agent molecule is promoted from the surface of the metal nanoparticle. Therefore, even in the vicinity of the interface of the coating liquid layer / metal nanoparticle sintered body film, the thermal detachment of the coating molecule proceeds from the surface of the metal nanoparticle, and the metal nanoparticle from which the coating molecule is removed, The metal nanoparticles adhered to the surface of the metal nanoparticle sintered body form a two-dimensional layer structure. The adhesion layer of the two-dimensional metal nanoparticles is used as a nucleation layer, and metal nanoparticles from which the coating agent molecules are removed are laminated on the upper surface.

この金属ナノ粒子の積層中でも、温度T2-bottom(℃)程度に加熱されており、金属ナノ粒子相互が、融着した状態となる。 Even during the lamination of the metal nanoparticles, the metal nanoparticles are heated to about T 2 -bottom (° C.), and the metal nanoparticles are in a fused state.

金属ナノ粒子焼結体膜表面に付着されている、金属ナノ粒子が密に積層された層に対して、次の工程4’:第3のレーザ光照射工程によって、低温焼結を施し、金属ナノ粒子焼結体膜とする。   The layer in which the metal nanoparticles are adhered densely attached to the surface of the metal nanoparticle sintered body is subjected to low temperature sintering by the following step 4 ′: third laser light irradiation step, and the metal A nanoparticle sintered body film is used.

(工程4’)第3のレーザ光照射工程:
塗布液層の表面から、波長λ3のレーザ光を、照射スポット径D3(μm)、平均レーザ光強度P3(W/mm2)で、垂直方向(入射角0°)から照射する。その際、金属ナノ粒子が密に積層された層により吸収された波長λ3のレーザ光は、熱エネルギーに変換される結果、レーザ光照射されている領域では、金属ナノ粒子が密に積層された層の温度が上昇する。具体的には、照射時間t3が、t3-minを超えると、該金属ナノ粒子が密に積層された層の温度は、ほぼT3-bottom(℃)に達し、その後は、熱的擬平衡状態となる。
(Step 4 ′) Third laser beam irradiation step:
From the surface of the coating liquid layer, a laser beam having a wavelength λ 3 is irradiated from the vertical direction (incident angle 0 °) with an irradiation spot diameter D 3 (μm) and an average laser beam intensity P 3 (W / mm 2 ). At that time, the laser light of wavelength λ 3 absorbed by the layer in which the metal nanoparticles are densely laminated is converted into thermal energy. As a result, the metal nanoparticles are densely laminated in the region irradiated with the laser light. The temperature of the layer increases. Specifically, when the irradiation time t 3 exceeds t 3 -min , the temperature of the layer in which the metal nanoparticles are densely stacked reaches approximately T 3 -bottom (° C.), and then the thermal It becomes a quasi-equilibrium state.

また、塗布液層の表面の温度は、照射時間が経過するとともに、上昇し、該塗布液層の表面に照射される平均レーザ光強度P3(W/mm2)に依存する一定の温度:T3-top(℃)に達して、擬平衡状態となる。この段階では、塗布液層中における光吸収は実質的に無い状態となっており、金属ナノ粒子が密に積層された層から熱伝導によって供給される熱エネルギーにより加熱されている。従って、T3-bottom(℃)≧T3-top(℃)となる。 Further, the temperature of the surface of the coating liquid layer rises as the irradiation time elapses, and is a constant temperature that depends on the average laser light intensity P 3 (W / mm 2 ) irradiated on the surface of the coating liquid layer: T 3 -top (° C.) is reached and a pseudo-equilibrium state is reached. At this stage, light absorption in the coating liquid layer is substantially absent, and heating is performed by thermal energy supplied by heat conduction from a layer in which metal nanoparticles are densely stacked. Therefore, T 3-bottom (° C.) ≧ T 3-top (° C.).

上記の温度に保持される結果、金属ナノ粒子が密に積層された層内において、低温焼結が進行する。温度がT3-bottom(℃)に達した状態で、レーザ光照射を一定時間:Δt3継続すると、金属ナノ粒子焼結体膜に変換される。従って、延べ照射時間t3が、(t3-min+Δt3)を超えると、レーザ光照射されている領域では、基板の表面に、高い密着性の金属ナノ粒子焼結体膜が形成された状態となる。 As a result of being maintained at the above temperature, low-temperature sintering proceeds in a layer in which metal nanoparticles are densely stacked. When the temperature reaches T 3 -bottom (° C.) and the laser beam irradiation is continued for a certain time: Δt 3 , it is converted into a metal nanoparticle sintered body film. Accordingly, when the total irradiation time t 3 exceeds (t 3−min + Δt 3 ), a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film is formed on the surface of the substrate in the region irradiated with the laser beam. It becomes a state.

その過程で、塗布液層の表面から、分散溶媒分子、被覆剤分子の蒸散が進行し、最終的に、分散溶媒分子、被覆剤分子、撥液剤分子が残余しない状態となる。   In the process, the transpiration of the dispersion solvent molecules and the coating agent molecules proceeds from the surface of the coating solution layer, and finally the dispersion solvent molecules, the coating agent molecules, and the liquid repellent agent molecules are not left.

以下に、本発明で好適に利用される、金属ナノ粒子分散液の構成を更に詳しく説明する。   Below, the structure of the metal nanoparticle dispersion liquid suitably used in the present invention will be described in more detail.

該金属ナノ粒子分散液は、配線層の微細な平面パターンを高い精度で描画するため、目標とする最小線幅、平面形状サイズに応じて、金属ナノ粒子の平均粒子径は1〜100nmの範囲に選択する。好ましくは、平均粒子径を1〜20nmの範囲に選択する。含有される金属ナノ粒子自体の平均粒子径を前記の範囲に選択することで、インクジェット印刷装置により、微細な線幅のパターンへの塗布を可能としている。   Since the metal nanoparticle dispersion draws a fine planar pattern of the wiring layer with high accuracy, the average particle diameter of the metal nanoparticles ranges from 1 to 100 nm according to the target minimum line width and planar shape size. Select Preferably, the average particle size is selected in the range of 1-20 nm. By selecting the average particle diameter of the contained metal nanoparticles within the above range, application to a pattern with a fine line width is enabled by an ink jet printing apparatus.

分散液中における、金属ナノ粒子同士の凝集を防ぐために、金属ナノ粒子の表面に低分子による被覆層を設け、液体中に分散された状態となっているものを利用する。すなわち、該金属ナノ粒子分散液を積層塗布した塗布層を加熱処理して、含有されている金属ナノ粒子同士、その接触界面における融着を起こすように、金属ナノ粒子の表面には、酸化膜が実質的に存在しない状態となっているものを利用する。   In order to prevent aggregation of metal nanoparticles in the dispersion, a coating layer made of a low molecule is provided on the surface of the metal nanoparticles and is dispersed in the liquid. That is, an oxide film is formed on the surface of the metal nanoparticles so that the coating layer on which the metal nanoparticle dispersion is laminated is heat-treated to cause fusion between the contained metal nanoparticles and the contact interface thereof. Use what is in a state that does not substantially exist.

具体的には、金属ナノ粒子の表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物1種以上により被覆された状態とする。すなわち、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物1種以上により、金属ナノ粒子の金属表面を均一に被覆した状態とする、例えば、末端アミノ基を1以上有するアミン化合物などにより被覆された状態を保持しつつ、一種以上の有機溶剤中に分散されてなる金属ナノ粒子の分散液を用いる。   Specifically, the surface of the metal nanoparticle is composed of one or more compounds having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atom as a group capable of coordinative bonding with the metal element contained in the metal nanoparticle. Covered. That is, the metal surface of the metal nanoparticle is uniformly formed by using one or more compounds having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atom as a group capable of coordinately bonding with the metal element contained in the metal nanoparticle. For example, a dispersion of metal nanoparticles dispersed in one or more organic solvents is used while maintaining a state of being covered with, for example, an amine compound having one or more terminal amino groups.

この被覆層の役割は、加熱処理を施すまでは、金属ナノ粒子が互いにその金属表面が直接接触しない状態とすることによって、分散液中に含有される金属ナノ粒子の凝集を抑制し、保管時の耐凝集性を高く維持することである。また、仮に塗布を行う際など、水分や大気中の酸素分子と接しても、金属ナノ粒子の表面は、既に被覆層で覆われており、水分子や酸素分子との直接的な接触に至らないので、水分や大気中の酸素分子による金属超微粒子表面の自然酸化膜の形成も抑制する機能をも有する。   The role of this coating layer is to prevent aggregation of metal nanoparticles contained in the dispersion by keeping the metal surfaces in direct contact with each other until heat treatment is performed. It is to keep the cohesion resistance of the high. In addition, even when it is in contact with water or oxygen molecules in the atmosphere, such as when coating, the surface of the metal nanoparticles is already covered with a coating layer, leading to direct contact with water molecules and oxygen molecules. Therefore, it also has a function of suppressing the formation of a natural oxide film on the surface of the metal ultrafine particles due to moisture and oxygen molecules in the atmosphere.

この金属ナノ粒子表面の均一な被覆に利用される化合物は、金属元素と配位的な結合を形成する際、窒素、酸素、またはイオウ原子上の孤立電子対を有する基を利用するものである。例えば、窒素原子を含む基として、アミノ基が挙げられる。また、イオウ原子を含む基としては、スルファニル基(−SH)、スルフィド型のスルファンジイル基(−S−)が挙げられる。また、酸素原子を含む基としては、ヒドロキシ基(−OH)、エーテル型のオキシ基(−O−)が挙げられる。   The compound used for the uniform coating of the surface of the metal nanoparticle uses a group having a lone pair on a nitrogen, oxygen, or sulfur atom when forming a coordinate bond with the metal element. . For example, an amino group is mentioned as a group containing a nitrogen atom. Examples of the group containing a sulfur atom include a sulfanyl group (—SH) and a sulfide type sulfanediyl group (—S—). Examples of the group containing an oxygen atom include a hydroxy group (—OH) and an ether type oxy group (—O—).

利用可能なアミノ基を有する化合物の代表として、アルキルアミンを挙げることができる。なお、かかるアルキルアミンは、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、40℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が60℃以上の範囲、好ましくは100℃以上、より好ましくは、150℃以上の範囲となるものが好ましい。一方、導電性ナノ粒子ペーストの加熱処理を行う際には、金属ナノ粒子表面から離脱した後、最終的には、分散溶媒とともに、蒸散することが可能であることが必要である。少なくとも、その沸点が300℃を超えない範囲、通常、250℃以下の範囲となるアルキルアミンが好ましい。例えば、アルキルアミンとして、そのアルキル基は、C8〜C18の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にアミノ基を有するものが用いられる。例えば、前記C8〜C18の範囲のアルキルアミンは、熱的な安定性もあり、また、室温付近での蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。   A representative example of the compound having an amino group that can be used is an alkylamine. Such an alkylamine is preferably one that does not desorb in a normal storage environment, specifically in a range not reaching 40 ° C., in a state in which a coordinate bond is formed with the metal element, and has a boiling point. A range of 60 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher, and more preferably 150 ° C. or higher is preferable. On the other hand, when the heat treatment of the conductive nanoparticle paste is performed, it is necessary that the conductive nanoparticle paste can be vaporized together with the dispersion solvent after leaving the surface of the metal nanoparticles. An alkylamine having a boiling point that does not exceed 300 ° C., usually 250 ° C. or lower is preferable. For example, as the alkylamine, those having an alkyl group selected in the range of C8 to C18 and having an amino group at the end of the alkyl chain are used. For example, alkylamines in the range of C8 to C18 have thermal stability, and the vapor pressure near room temperature is not so high. When stored at room temperature or the like, the content is maintained within a desired range. It is preferably used in terms of handling properties, such as being easy to control.

一般に、かかる配位的な結合を形成する上では、第一級アミン型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級アミン型、ならびに、第三級アミン型の化合物も利用可能である。また、1,2−ジアミン型、1,3−ジアミン型など、近接する二以上のアミノ基が結合に関与する化合物も利用可能である。また、分散溶媒に溶解可能な程度の比較的分子量が小さいポリアミン型化合物を利用することもできる。場合によっては、ポリオキシアルキレンアミン型のエーテル型のオキシ基(−O−)を鎖中に含む、鎖状のアミン化合物を用いることもできる。その他、末端のアミノ基以外に、親水性の末端基、例えば、水酸基を有するヒドロキシアミン、例えば、エタノールアミンなどを利用することもできる。   In general, in forming such a coordination bond, the primary amine type is preferable because it shows higher binding ability, but secondary amine type and tertiary amine type compounds can also be used. is there. In addition, compounds in which two or more adjacent amino groups are involved in bonding, such as 1,2-diamine type and 1,3-diamine type, can also be used. In addition, a polyamine type compound having a relatively small molecular weight that can be dissolved in a dispersion solvent can be used. In some cases, a chain amine compound containing a polyoxyalkyleneamine type ether type oxy group (—O—) in the chain may be used. In addition to the terminal amino group, a hydrophilic terminal group such as a hydroxylamine having a hydroxyl group, such as ethanolamine, can also be used.

また、利用可能なスルファニル基(−SH)を有する化合物の代表として、アルカンチオールを挙げることができる。なお、かかるアルカンチオールも、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、40℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が60℃以上の範囲、好ましくは100℃以上、より好ましくは、150℃以上の範囲となるものが好ましい。一方、金属ナノ粒子分散液の塗布膜の加熱処理を行う際には、金属ナノ粒子表面から離脱した後、最終的には、分散溶媒とともに、蒸散することが可能であることが必要である。少なくとも、沸点が300℃を超えない範囲、通常、250℃以下の範囲となるアルカンチオールが好ましい。例えば、アルカンチオールとして、そのアルキル基は、C4〜C20が用いられ、さらに好ましくはC8〜C18の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にスルファニル基(−SH)を有するものが用いられる。例えば、前記C8〜C18の範囲のアルカンチオールは、熱的な安定性もあり、また、室温付近の蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。一般に、第一級チオール型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級チオール型、ならびに、第三級チオール型の化合物も利用可能である。また、1,2−ジチオール型などの、二以上のスルファニル基(−SH)が結合に関与するものも、利用可能である。また、分散溶媒に溶解可能な程度の比較的分子量が小さなポリチオエーテル型化合物を利用することもできる。   Moreover, alkanethiol can be mentioned as a typical example of a compound having a sulfanyl group (—SH) that can be used. In addition, such alkanethiol is preferably in a state in which a coordinate bond is formed with a metal element and does not desorb in a normal storage environment, specifically, in a range not reaching 40 ° C., and has a boiling point. A range of 60 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher, and more preferably 150 ° C. or higher is preferable. On the other hand, when heat-treating the coating film of the metal nanoparticle dispersion liquid, it is necessary to be able to evaporate together with the dispersion solvent after leaving the surface of the metal nanoparticle. At least alkanethiol having a boiling point not exceeding 300 ° C., usually 250 ° C. or less is preferable. For example, as the alkanethiol, C4-C20 is used as the alkyl group, and more preferably C8-C18 is selected, and an alkyl chain having a sulfanyl group (—SH) is used. For example, alkanethiols in the range of C8 to C18 have thermal stability, and the vapor pressure near room temperature is not so high. When stored at room temperature or the like, the content is maintained and controlled within a desired range. It is preferably used in terms of handling properties, such as being easy to do. In general, primary thiol type compounds are preferred because they exhibit higher binding ability, but secondary thiol type and tertiary thiol type compounds can also be used. In addition, those in which two or more sulfanyl groups (—SH) are involved in binding, such as 1,2-dithiol type, can also be used. In addition, a polythioether type compound having a relatively small molecular weight that can be dissolved in a dispersion solvent can be used.

また、利用可能なヒドロキシ基を有する化合物の代表として、アルカンジオールを挙げることができる。一例として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどのグリコール類などを挙げることができる。また、分散溶媒に溶解可能な程度の比較的分子量が小さいなポリエーテル型化合物を利用することもできる。なお、かかるアルカンジオールも、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、40℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が60℃以上の範囲、通常、100℃以上の範囲、より好ましくは、150℃以上の範囲となるものが好ましい。一方、金属ナノ粒子を含む積層塗布層の加熱処理を行う際には、金属ナノ粒子表面から離脱した後、最終的には、分散溶媒とともに、蒸散することが可能であることが必要である。少なくとも、沸点が300℃を超えない範囲、通常、250℃以下の範囲となるアルカンジオールが好ましい。例えば、1,2−ジオール型などの、二以上のヒドロキシ基が結合に関与するものなどが、より好適に利用可能である。   Moreover, alkanediol can be mentioned as a representative of the compound which has a hydroxyl group which can be utilized. Examples include glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, and polyethylene glycol. A polyether type compound having a relatively small molecular weight that can be dissolved in a dispersion solvent can also be used. In addition, such alkanediols are preferably those that do not desorb in a normal storage environment, specifically in a range that does not reach 40 ° C., in a state in which a coordinate bond is formed with the metal element. A range of 60 ° C. or higher, usually 100 ° C. or higher, and more preferably 150 ° C. or higher is preferable. On the other hand, when heat-treating the multilayer coating layer containing metal nanoparticles, it is necessary to be able to evaporate together with the dispersion solvent after leaving the surface of the metal nanoparticles. Alkanediols having a boiling point not exceeding 300 ° C., usually 250 ° C. or less, are preferred. For example, those involving two or more hydroxy groups, such as 1,2-diol type, can be used more suitably.

金属ナノ粒子分散液中に含有される金属ナノ粒子は、前述の窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物1種以上を、表面被覆層として有する状態で、分散溶媒中に分散されている。かかる表面被覆層は、保管している際、金属ナノ粒子相互の表面が直接接触することを回避する機能を果せる範囲で、不必要に過剰な被覆分子が存在しないように、適正な被覆比率を選択する。すなわち、レーザ光照射による加熱によって、低温焼成する際、共存している分散溶媒中に、これら被覆層分子を溶出、離脱することが可能である、適正な含有量であって、被覆保護機能を達成できる範囲に被覆比率を選択する。例えば、金属ナノ粒子100質量部に対して、前述の窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物1種以上が総和として、一般に、10〜50質量部を、より好ましくは、20〜50質量部を含有するように、被覆比率を選択することが好ましい。なお、かかる金属ナノ粒子100質量部に対して、その表面を被覆している、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物1種以上の総和は、金属ナノ粒子の平均粒子径にも依存する。すなわち、金属ナノ粒子の平均粒子径がより小さくなると、金属ナノ粒子100質量部当たりの、ナノ粒子表面の表面積総和は、平均粒子径に反比例して増加するため、被覆分子の総和は、それに従って、より高い比率を必要とする。その点を考慮に入れ、金属ナノ粒子の平均粒子径を1〜20nmの範囲に選択する際には、金属ナノ粒子100質量部に対して、その表面を被覆している被覆分子の総和は、20〜50質量部の範囲に選択することが好ましい。   The metal nanoparticles contained in the metal nanoparticle dispersion include one or more compounds containing the above-described nitrogen, oxygen, or sulfur atoms, and having a group that can be coordinated by a lone pair of electrons of these atoms. Are dispersed in a dispersion solvent in a state of having a surface coating layer. Such a surface coating layer has an appropriate coating ratio so that unnecessary excessive coating molecules do not exist within a range in which it can function to avoid direct contact between the surfaces of the metal nanoparticles during storage. select. That is, when heating at a low temperature by laser light irradiation, these coating layer molecules can be eluted and separated in the coexisting dispersion solvent, and the coating protective function is achieved. Select the coverage ratio within the achievable range. For example, with respect to 100 parts by mass of metal nanoparticles, one or more compounds having the above-described nitrogen, oxygen, or sulfur atom and having a group capable of coordinated bonding by a lone electron pair possessed by these atoms as a sum total Generally, it is preferable to select the coating ratio so as to contain 10 to 50 parts by mass, more preferably 20 to 50 parts by mass. In addition, with respect to 100 parts by mass of the metal nanoparticle, the surface of the metal nanoparticle includes a nitrogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom, and a group capable of coordinative bonding by a lone electron pair possessed by these atoms. The sum total of one or more compounds also depends on the average particle size of the metal nanoparticles. That is, when the average particle diameter of the metal nanoparticles becomes smaller, the total surface area of the nanoparticle surface per 100 parts by mass of the metal nanoparticles increases in inverse proportion to the average particle diameter. Need a higher ratio. In consideration of this point, when selecting the average particle diameter of the metal nanoparticles in the range of 1 to 20 nm, the sum of the coating molecules covering the surface with respect to 100 parts by mass of the metal nanoparticles is: It is preferable to select in the range of 20 to 50 parts by mass.

金属ナノ粒子分散液に含有される分散溶媒として利用される有機溶剤は、室温においては、上述の表面被覆層を設けた金属ナノ粒子を分散させる役割を有するが、加熱した際には、金属ナノ粒子表面の被覆層分子を溶出、離脱することが可能である溶媒としての機能を発揮する。その際、レーザ光照射による加熱状態における被覆層分子の溶出段階において、蒸散が顕著に進行しない高沸点の液体状有機物を利用する。従って、100℃以上に加熱した際、好ましくは、該分散溶媒100質量部当たり、金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物を50質量部以上溶解可能な、高溶解性を有する有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒を利用する。また、100℃以上に加熱した際、金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物に対して、任意な組成の相溶物を形成できる有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒、特には、高い相溶性を示すものを利用すると一層好ましい。   The organic solvent used as a dispersion solvent contained in the metal nanoparticle dispersion liquid has a role of dispersing the metal nanoparticles provided with the above-described surface coating layer at room temperature. It functions as a solvent capable of eluting and releasing the coating layer molecules on the particle surface. At that time, a high-boiling liquid organic substance in which transpiration does not proceed remarkably is used in the elution stage of the coating layer molecules in the heated state by laser light irradiation. Accordingly, when heated to 100 ° C. or higher, preferably, 50 parts by mass or more of the compound having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms covering the surface of the metal nanoparticles can be dissolved per 100 parts by mass of the dispersion solvent. In addition, one kind of organic solvent having high solubility or a mixed solvent composed of two or more kinds of liquid organic substances is used. In addition, when heated to 100 ° C. or higher, one kind of organic solvent capable of forming a compatible solution of any composition with respect to the compound having a group containing nitrogen, oxygen, or sulfur atoms that coats the surface of the metal nanoparticles, or It is more preferable to use a mixed solvent composed of two or more kinds of liquid organic substances, particularly those exhibiting high compatibility.

具体的には、被覆層分子が、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を利用して、金属ナノ粒子表面上に配位している。その際、残る炭化水素鎖、骨格部分に対する親和性を利用して、分散溶媒に含まれる有機溶剤は、被覆層分子で覆われた金属ナノ粒子の分散状態の維持、あるいは互いの相溶性を達成させる機能を発揮する。金属ナノ粒子表面への配位的な結合に起因する、被覆層分子の親和力は、物理的吸着よりも強固ではあるものの、加熱に伴って、急速に低下する。一方、温度上昇に付随して、有機溶剤の示す溶解特性が増す結果、両者の均衡する温度以上に加熱すると、温度上昇に従って、加速度的に被覆層分子の脱離、溶出が促進される。最終的には、加熱中に存在する分散溶媒の中に、金属ナノ粒子表面の被覆層分子の殆ど全てが溶解され、金属ナノ粒子表面には、実質的に被覆層分子が残留していない状態が達成される。   Specifically, the coating layer molecule contains a nitrogen, oxygen, or sulfur atom, and is coordinated on the surface of the metal nanoparticle by using a group capable of coordinative bonding by a lone electron pair possessed by these atoms. is doing. At that time, utilizing the affinity for the remaining hydrocarbon chain and skeleton, the organic solvent contained in the dispersion solvent can maintain the dispersion state of the metal nanoparticles covered with the coating layer molecules, or achieve compatibility with each other. Demonstrate the function. Although the affinity of the coating layer molecule due to the coordinate bond to the surface of the metal nanoparticle is stronger than physical adsorption, it rapidly decreases with heating. On the other hand, as a result of the increase in the solubility characteristic of the organic solvent accompanying the increase in temperature, when the mixture is heated to a temperature higher than the equilibrium temperature, the desorption and elution of coating layer molecules are accelerated at an accelerated rate as the temperature increases. Eventually, almost all of the coating layer molecules on the surface of the metal nanoparticles are dissolved in the dispersion solvent present during heating, and substantially no coating layer molecules remain on the surface of the metal nanoparticles. Is achieved.

勿論、この被覆層分子の金属ナノ粒子表面からの溶出過程と再付着過程とは、熱的平衡関係にあるため、加熱時における、該分散溶媒に対する被覆層分子の溶解度は十分に高いことがより望ましい。積層されている金属ナノ粒子相互の隙間に浸潤している分散溶媒へ、被覆層分子の溶出が一旦なされても、かかる狭い隙間を介して、塗布層内部から外縁部へと、被覆層分子が拡散・流出するには、更なる時間を要する。金属ナノ粒子相互の焼結が進行する間における、被覆層分子の再付着を効果的に抑制する上では、上記する高い溶解性を示す有機溶剤の利用が望ましい。   Of course, since the elution process of the coating layer molecules from the surface of the metal nanoparticles and the reattachment process are in a thermal equilibrium relationship, the solubility of the coating layer molecules in the dispersion solvent during heating is sufficiently high. desirable. Even if the coating layer molecules are eluted into the dispersion solvent infiltrating the gaps between the stacked metal nanoparticles, the coating layer molecules are transferred from the inside of the coating layer to the outer edge through the narrow gaps. It takes more time to spread and flow out. In order to effectively suppress the reattachment of the coating layer molecules during the progress of the sintering between the metal nanoparticles, it is desirable to use the organic solvent exhibiting the high solubility described above.

すなわち、分散溶媒として利用される有機溶剤は、金属ナノ粒子表面の被覆層分子に対する親和性を示すものの、室温付近では、かかる有機溶剤中へ金属ナノ粒子表面の被覆層分子は、容易には溶出することはないが、加熱に付随して、溶解度が上昇し、100℃以上に加熱した際には、かかる有機溶剤中へ被覆層分子が溶出可能となるものが利用される。例えば、金属ナノ粒子の表面に被覆層を形成している化合物、例えば、アルキルアミンなどアミン化合物に対しては、そのアルキル基部分と親和性を示す、鎖状の炭化水素基を含有するが、かかるアミン化合物の溶解性が高すぎ、室温付近でも、金属ナノ粒子表面の被覆層が消失するような高い極性を示す溶剤ではなく、非極性溶剤あるいは低極性溶剤を選択することが好ましい。加えて、レーザ光照射による低温焼成処理を行う温度においても、熱分解などを起こすことがない程度には熱的な安定性を有し、また、沸点は、少なくとも、80℃以上で、好ましくは、150℃以上、300℃を超えない範囲であることが好ましい。また、微細なラインを形成する際、そのインクジェット法による塗布の工程において、金属ナノ粒子分散液を所望の液粘度範囲に維持することが必要である。そのハンドリング性の面を考慮すると、室温付近では容易に蒸散することのない、前記の高沸点を示す、無極性溶媒あるいは低極性溶媒、例えば、炭素数10〜18のアルカン類、例えば、テトラデカンなど、炭素数8〜12の第一級アルコール類、例えば、1−デカノールなどが好適に用いられる。但し、利用される分散溶媒自体の液粘度は、少なくとも、10 mPa・s(20℃)以下、好ましくは、0.2〜3 mPa・s(20℃)の範囲である溶媒を選択することが望ましい。   That is, the organic solvent used as a dispersion solvent shows affinity for the coating layer molecules on the surface of the metal nanoparticles, but the coating layer molecules on the surface of the metal nanoparticles easily elute into the organic solvent near room temperature. Although it does not occur, the solubility increases with heating, and when the coating layer molecules can be eluted into the organic solvent when heated to 100 ° C. or higher, those are used. For example, a compound that forms a coating layer on the surface of metal nanoparticles, for example, an amine compound such as an alkylamine contains a chain hydrocarbon group that has an affinity with the alkyl group portion, It is preferable to select a nonpolar solvent or a low polarity solvent instead of a solvent having such a high polarity that the solubility of the amine compound is too high and the coating layer on the surface of the metal nanoparticles disappears even at around room temperature. In addition, even at a temperature at which the low-temperature firing treatment is performed by laser light irradiation, the thermal stability is high enough to prevent thermal decomposition, and the boiling point is at least 80 ° C., preferably 150 ° C. or more and preferably not exceeding 300 ° C. Moreover, when forming a fine line, it is necessary to maintain a metal nanoparticle dispersion liquid in a desired liquid viscosity range in the coating process by the inkjet method. In consideration of the handling property, the non-polar solvent or the low-polar solvent having a high boiling point, which does not easily evaporate near room temperature, such as alkanes having 10 to 18 carbon atoms, such as tetradecane, etc. C8-12 primary alcohols such as 1-decanol are preferably used. However, the liquid viscosity of the dispersion solvent itself used is at least 10 mPa · s (20 ° C.) or less, preferably a solvent having a range of 0.2 to 3 mPa · s (20 ° C.) is selected. desirable.

一方、金属ナノ粒子分散液は、微細な液滴として噴射して塗布する方法であるインクジェット法を適用して、微細なパターンの描画に利用される。従って、金属ナノ粒子分散液は、採用する描画手法に応じて、適合する液粘度を有するものに、調製することが必要である。具体的には、微細配線パターンの描画にインクジェット法を利用するため、該金属ナノ粒子分散液は、その液粘度を、2〜30 mPa・s(20℃)の範囲に選択することが望ましい。その際、該分散液中における分散溶媒の容積比率は、55〜80体積%の範囲に選択されていることがより好ましい。なお、該金属ナノ粒子分散液の液粘度は、用いる金属ナノ粒子の平均粒子径、分散濃度、用いている分散溶媒の種類に依存して決まり、前記の三種の因子を適宜選択して、目的とする液粘度に調節することができる。   On the other hand, the metal nanoparticle dispersion liquid is used for drawing a fine pattern by applying an ink jet method which is a method of spraying and applying as fine droplets. Therefore, it is necessary to prepare the metal nanoparticle dispersion liquid having a liquid viscosity suitable for the drawing technique employed. Specifically, in order to use an inkjet method for drawing a fine wiring pattern, it is desirable to select the liquid viscosity of the metal nanoparticle dispersion in the range of 2 to 30 mPa · s (20 ° C.). At that time, the volume ratio of the dispersion solvent in the dispersion is more preferably selected in the range of 55 to 80% by volume. The liquid viscosity of the metal nanoparticle dispersion is determined depending on the average particle diameter of the metal nanoparticles to be used, the dispersion concentration, and the type of the dispersion solvent being used. The liquid viscosity can be adjusted.

具体的には、金属ナノ粒子分散液の組成は、該分散液中における分散溶媒の容積比率は、55〜80体積%の範囲に選択されている際、その液粘度を、2〜30 mPa・s(20℃)の範囲となることが好ましい。   Specifically, the composition of the metal nanoparticle dispersion is such that when the volume ratio of the dispersion solvent in the dispersion is selected in the range of 55 to 80% by volume, the liquid viscosity is 2 to 30 mPa · It is preferable to be in the range of s (20 ° C.).

例えば、分散溶媒として、上述する高沸点を示す、無極性溶媒あるいは低極性溶媒に加えて、液粘度を調整するとともに、レーザ光照射による加熱を行う際、被覆層分子の溶出に利し、一方、室温付近では、被覆層分子の離脱を抑制する機能、さらには、離脱に対する補償機能を示すような、比較的に低極性の液状有機物を添加、配合することができる。かかる補足的に添加、配合される低極性の液状有機物は、主な溶媒成分に対して、均一な混合を達成でき、また、その沸点は、主な溶媒成分と同様に高沸点であることが望ましい。例えば、主な溶媒成分が、炭素数8〜12の第一級アルコール類、例えば、1−デカノールなどである際には、2−エチル−1,3−ヘキサンジオールなどの分岐のジオール類、また、主な溶媒成分が、炭素数10〜18のアルカン類、例えば、テトラデカンなどである際には、ビス2−エチルヘキシルアミンなどの分岐を有するジアルキルアミン類などを、補足的に添加、配合される低極性の液状有機物として利用することができる。   For example, as a dispersion solvent, in addition to a nonpolar solvent or a low polarity solvent having a high boiling point as described above, the liquid viscosity is adjusted, and when heating by laser light irradiation is performed, it is useful for elution of coating layer molecules. In the vicinity of room temperature, a liquid organic substance having a relatively low polarity that exhibits a function of suppressing the separation of the coating layer molecules and a function of compensating for the separation can be added and blended. Such a low-polarity liquid organic substance added and blended can achieve uniform mixing with the main solvent component, and the boiling point of the liquid organic material should be as high as the main solvent component. desirable. For example, when the main solvent component is a primary alcohol having 8 to 12 carbon atoms, such as 1-decanol, branched diols such as 2-ethyl-1,3-hexanediol, When the main solvent component is an alkane having 10 to 18 carbon atoms, such as tetradecane, a dialkylamine having a branch such as bis-2-ethylhexylamine is supplementally added and blended. It can be used as a low-polar liquid organic material.

加熱処理に際して、金属ナノ粒子の表面を被覆しているアルキルアミンなどの被覆層分子は上述の分散溶媒中に溶出、離脱され、金属ナノ粒子相互の凝集を抑制していた被覆層が消失する。その結果、徐々に金属ナノ粒子の融着、融合による凝集が進行し、最終的にランダムチェーンが形成される。その際、金属ナノ粒子相互の低温焼結が進行するとともに、金属ナノ粒子間の隙間空間が減少し、全体の体積収縮が起こり、ランダムチェーンが相互に緻密な接触を達成する。その金属ナノ粒子間の隙間空間が減少する際、この隙間空間を占めている分散溶媒は、流動性を保持するので、金属ナノ粒子間の隙間が隘路となったとしても、外部へと押し出され、全体の体積収縮が進行する。この低温焼成過程における、レーザ光照射による加熱処理温度は、基板自体に損傷を与えない温度範囲に選択する。具体的には、低温焼成過程における、レーザ光照射による加熱処理温度は、通常、250℃以下、好ましくは、100℃〜230℃の範囲、より好ましくは、130℃〜200℃の範囲に選択する。その際、被覆層分子は上述の分散溶媒中に溶出、離脱がなされ、得られる金属ナノ粒子の焼結体は、不均一な金属ナノ粒子の凝集を反映する表面の凹凸の無い、平滑な面形状を示す。加えて、より緻密で、極めて低抵抗、例えば、体積固有抵抗率は10×10-6Ω・cm以下の導電体層となる。一方、全体の体積収縮に伴い、外部への押し出される分散溶媒と、それに溶解する被覆層分子は、レーザ光照射によって加熱を継続する間に、徐々に蒸散して、最終的に得られる金属ナノ粒子の焼結体内に、残余する有機物量は、極限られたものとなる。 During the heat treatment, the coating layer molecules such as alkylamine coating the surface of the metal nanoparticles are eluted and separated from the dispersion solvent, and the coating layer that has suppressed the aggregation of the metal nanoparticles disappears. As a result, the metal nanoparticles are gradually fused and agglomerated by fusion, and finally a random chain is formed. At this time, the low-temperature sintering of the metal nanoparticles proceeds, the space between the metal nanoparticles decreases, the entire volume shrinks, and the random chains achieve close contact with each other. When the space between the metal nanoparticles decreases, the dispersion solvent that occupies this space maintains fluidity, so even if the space between the metal nanoparticles becomes a bottleneck, it is pushed out to the outside. The whole volume shrinkage proceeds. In this low-temperature firing process, the heat treatment temperature by laser light irradiation is selected within a temperature range that does not damage the substrate itself. Specifically, in the low-temperature firing process, the heat treatment temperature by laser light irradiation is usually 250 ° C. or lower, preferably 100 ° C. to 230 ° C., more preferably 130 ° C. to 200 ° C. . At that time, the coating layer molecules are eluted and separated in the above-mentioned dispersion solvent, and the obtained sintered metal nanoparticles have a smooth surface without surface irregularities reflecting non-uniform aggregation of metal nanoparticles. Show shape. In addition, the conductor layer is denser and has a very low resistance, for example, a volume resistivity of 10 × 10 −6 Ω · cm or less. On the other hand, as the entire volume shrinks, the dispersion solvent to be pushed out and the coating layer molecules dissolved therein gradually evaporate while continuing the heating by laser light irradiation, and finally the metal nano-particles obtained. The amount of organic matter remaining in the sintered body of particles is limited.

具体的には、導電体層中における金属ナノ粒子の焼結体自体の体積占有率が高いものとなる。その結果、金属ナノ粒子の焼結体自体の低い体積抵抗率に加えて、かかる導電体層全体の熱伝導率も、その金属体の体積占有率の高さによって、格段に優れたものとなる。   Specifically, the volume occupancy of the sintered body of metal nanoparticles in the conductor layer itself is high. As a result, in addition to the low volume resistivity of the sintered body of metal nanoparticles itself, the thermal conductivity of the entire conductor layer is also greatly improved due to the high volume occupancy of the metal body. .

本発明にかかる方法では、前記の低温焼成処理により形成される、金属ナノ粒子の焼結体からなる導電体層を、基板上配線層の形成に利用している。従って、利用する金属ナノ粒子を構成する金属種は、配線層に適する金属種を選択する。例えば、前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子は、金、銀、白金、パラジウム、ニッケル、チタンからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、二種類以上の金属からなるナノ粒子の混合物、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。   In the method according to the present invention, a conductor layer made of a sintered body of metal nanoparticles formed by the low-temperature firing process is used for forming a wiring layer on a substrate. Therefore, the metal species constituting the metal nanoparticles to be used are selected from metal species suitable for the wiring layer. For example, the metal nanoparticles dispersed in the metal nanoparticle dispersion liquid are selected from the group of metals consisting of gold, silver, platinum, palladium, nickel, titanium, nanoparticles composed of one kind of metal, A mixture of nanoparticles composed of two or more metals or a nanoparticle composed of an alloy of two or more metals selected from the group of the metals is preferred.

特に、基板として、電解銅で形成される銅板、銅箔を導電層とする基板を採用する際には、金属ナノ粒子には、銀ナノ粒子を選択することが好ましい。   In particular, when a copper plate formed of electrolytic copper or a substrate having a copper foil as a conductive layer is employed as the substrate, it is preferable to select silver nanoparticles as the metal nanoparticles.

また、基板として、ポリイミド層を被覆する基板を採用する際には、金属ナノ粒子には、銀ナノ粒子を選択することが好ましい。   Moreover, when employ | adopting the board | substrate which coat | covers a polyimide layer as a board | substrate, it is preferable to select a silver nanoparticle as a metal nanoparticle.

以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は、かかる具体例により限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. Although these examples are examples of the best mode of the present invention, the present invention is not limited to these specific examples.

(実施例1)
実施例1は、本発明の第一の形態にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法を適用して、ポリイミド層により被覆された基板上に金属ナノ粒子焼結体膜からなる配線層を作製する事例である。
Example 1
Example 1 applies the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the first aspect of the present invention, and comprises a metal nanoparticle sintered body film on a substrate coated with a polyimide layer. This is an example of producing a wiring layer.

基板として、ポリイミド層により被覆された基板を採用し、該ポリイミド層の表面には、撥液剤被覆層が全面にコートされている。この撥液剤被覆層は、撥液剤:フッ素系表面処理剤EGC-1720、3M Novec(住友スリーエム株式会社)を、膜厚約10nm均一に塗布されている状態である。   As the substrate, a substrate covered with a polyimide layer is adopted, and a liquid repellent coating layer is coated on the entire surface of the polyimide layer. This liquid repellent coating layer is in a state in which a liquid repellent: a fluorine-based surface treatment agent EGC-1720, 3M Novec (Sumitomo 3M Limited) is uniformly applied to a film thickness of about 10 nm.

金属ナノ粒子分散液として、平均粒子径D:3nmの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン(融点28.3℃、沸点248℃)による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒N14(テトラデカン、粘度 2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、日鉱石油化学製)中に分散した銀ナノ粒子分散液を利用している。該銀ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子100質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが20質量部、分散溶媒のN14が52質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、10mPa・s(20℃)である。   As a metal nanoparticle dispersion liquid, a dispersion layer N14 (tetradecane) formed by forming a coating molecular layer of dodecylamine (melting point: 28.3 ° C., boiling point: 248 ° C.) on the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter D of 3 nm. Viscosity of 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point of 5.86 ° C., boiling point of 253.57 ° C., manufactured by Nikko Petrochemical Co., Ltd.). The silver nanoparticle dispersion contains 20 parts by mass of the coating molecule dodecylamine and 52 parts by mass of the dispersion solvent N14 per 100 parts by mass of the silver nanoparticles. The liquid viscosity of the silver nanoparticle dispersion is 10 mPa · s (20 ° C.).

前記銀ナノ粒子分散液を、前記撥液剤被覆層でコートされた、ポリイミド層により被覆された基板上に、塗布液厚3μmで塗布し、銀ナノ粒子分散液の塗布液層を作製する。   The silver nanoparticle dispersion liquid is applied at a coating liquid thickness of 3 μm on a substrate coated with the polyimide layer and coated with the liquid repellent coating layer to prepare a coating liquid layer of the silver nanoparticle dispersion liquid.

この銀ナノ粒子分散液の塗布液層に、100℃、60秒間の予備乾燥処理を行う。   The coating liquid layer of this silver nanoparticle dispersion is subjected to a preliminary drying treatment at 100 ° C. for 60 seconds.

この銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面から、波長λ1=1064nmのNd/YAGレーザ光を、照射スポット径D1=100μm、平均レーザ光強度P1=250W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。前記照射条件において、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面での見掛けの反射率R1-upper=3%、銀ナノ粒子分散液塗布液層の見掛けの透過率T1-upper=74%、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における見掛けの反射率R1-lower=1%である。従って、銀ナノ粒子分散液塗布液層中における見掛けの光吸収率A1-upper=23%、ポリイミド層中に侵入する光の割合(実効的透過率)T1-lower=73%となっている。 From the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating layer, an Nd / YAG laser beam having a wavelength λ 1 = 1064 nm is irradiated in the vertical direction with an irradiation spot diameter D 1 = 100 μm and an average laser beam intensity P 1 = 250 W / mm 2 ( Irradiation is performed from an incident angle of 0 °. Under the irradiation conditions, the apparent reflectance R 1 -upper = 3% on the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer, the apparent transmittance T 1-upper = 74% on the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer, Apparent reflectance R 1-lower = 1% at the interface of the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating solution layer. Therefore, the apparent light absorptance A 1-upper = 23% in the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer, and the ratio of light penetrating into the polyimide layer (effective transmittance) T 1-lower = 73%. Yes.

その結果、照射時間t1=25msが経過した時点(P1・t1≧6250ms・W/mm2)で、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度T1-bottom=120℃、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面の温度T1-top=90℃の状態となる。 As a result, when the irradiation time t 1 = 25 ms has passed (P 1 · t 1 ≧ 6250 ms · W / mm 2 ), the temperature T 1 -bottom = 120 at the interface of the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer The temperature of the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer T 1 -top = 90 ° C.

該ポリイミド層表面をコートする撥液剤被覆層に用いる、撥液剤:フッ素系表面処理剤EGC-1720(沸点:61℃)自体は、前記波長λ1=1064nmのレーザ光を吸収しない。一方、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度T1-bottom=110℃では、該撥液剤:フッ素系表面処理剤EGC-1720は、銀ナノ粒子分散液の分散溶媒:N14に溶解する。その結果、銀ナノ粒子分散液塗布液層に接し、レーザ光照射がなされた部分においては、銀ナノ粒子分散液塗布液層とポリイミド層の界面に存在していた撥液剤被覆層の選択的な除去がなされる。 The liquid repellent: fluorine-based surface treatment agent EGC-1720 (boiling point: 61 ° C.) used for the liquid repellent coating layer for coating the polyimide layer surface itself does not absorb the laser beam having the wavelength λ 1 = 1064 nm. On the other hand, at a temperature T 1-bottom = 110 ° C. at the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer interface, the liquid repellent: fluorine-based surface treatment agent EGC-1720 is a dispersion solvent of silver nanoparticle dispersion: N14 Dissolve in As a result, the liquid repellent coating layer existing at the interface between the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer and the polyimide layer was selectively applied to the portion that was in contact with the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer and irradiated with the laser beam. Removal is done.

その際、ポリイミド層自体は、波長λ1=1064nmのレーザ光を対する光吸収を示し、この光吸収に起因する光活性化を受ける。具体的には、ポリイミド層中における光活性化に伴って、改質がなされる。例えば、レーザ露光領域では、部分的なイミド環の開環反応が進行する。この部分的なイミド環開環によって、例えば、イミド環に由来する、−COOH型の官能基と、−CO−NH−結合部が生成される。前記ポリイミド層の改質によって、その表面に生成される、例えば、−COOH型の官能基や、−CO−NH−結合部は、銀ナノ粒子の表面の銀原子との結合を形成する機能を具えている。従って、前記ポリイミド層の改質によって、その表面に生成される、例えば、−COOH型の官能基や、−CO−NH−結合部などの構造は、銀ナノ粒子との相互作用することで、密着性を向上させる機能を発揮する。 At that time, the polyimide layer itself exhibits light absorption for laser light having a wavelength of λ 1 = 1064 nm, and undergoes photoactivation due to this light absorption. Specifically, modification is performed with photoactivation in the polyimide layer. For example, a partial imide ring opening reaction proceeds in the laser exposure region. By this partial imide ring opening, for example, a —COOH-type functional group derived from an imide ring and a —CO—NH— bond are generated. By the modification of the polyimide layer, for example, a -COOH type functional group or a -CO-NH- bond part generated on the surface has a function of forming a bond with a silver atom on the surface of the silver nanoparticle. It has. Therefore, by the modification of the polyimide layer, the structure such as a —COOH type functional group and —CO—NH— bond produced on the surface of the polyimide layer interacts with the silver nanoparticles, Demonstrates the ability to improve adhesion.

引き続き、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面から、波長λ2=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D2=100μm、平均レーザ光強度P2=50W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。この照射条件では、照射開始時、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面での見掛けの反射率R2-upper=3%、銀ナノ粒子分散液塗布液層の見掛けの透過率T2-upper=74%、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における見掛けの反射率R2-lower=1%である。従って、銀ナノ粒子分散液塗布液層中における見掛けの光吸収率A2-upper=23%、ポリイミド層中に侵入する光の割合(実効的透過率)T2-lower=73%となっている。 Subsequently, from the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating layer, a laser beam having a wavelength λ 2 = 1064 nm is irradiated in the vertical direction (incident angle) with an irradiation spot diameter D 2 = 100 μm and an average laser beam intensity P 2 = 50 W / mm 2. Irradiate from 0 °. Under this irradiation condition, the apparent reflectance R 2-upper at the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer at the start of irradiation R 2 -upper = 3%, the apparent transmittance T 2-upper of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer = 74%, Apparent reflectance R 2-lower = 1% at the interface of the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating solution layer. Therefore, the apparent light absorption rate A 2-upper in the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer is 23%, and the ratio of light penetrating into the polyimide layer (effective transmittance) is T 2-lower = 73%. Yes.

平均粒子径3nmの銀ナノ粒子の表面では、波長λ2=1064nmのレーザ光の照射によって、局在プラズモン吸収が生じる。その際、該銀ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子ドデシルアミンは、該局在プラズモンによる励起を受け、振動励起された状態となる。その結果、銀ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子ドデシルアミンの離脱が促進される。 On the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter of 3 nm, localized plasmon absorption occurs by irradiation with laser light having a wavelength λ 2 = 1064 nm. At that time, the coating molecule dodecylamine covering the surface of the silver nanoparticle is excited by the localized plasmon and is in a vibrationally excited state. As a result, the release of the coating molecule dodecylamine covering the surface of the silver nanoparticles is promoted.

その際、照射時間t2=10msが経過した時点(P2・t2≧500ms・W/mm2)で、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度T2-bottom=130℃、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面の温度T2-top=110℃の状態となる。
従って、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度T2-bottom=130℃では、振動励起された状態の被覆剤分子ドデシルアミンの離脱が促進される結果、表面被覆層が除去された銀ナノ粒子が、改質されたポリイミド層の表面に付着する。さらに、その表面に生成される、例えば、−COOH型の官能基や、−CO−NH−結合部などの構造と銀ナノ粒子との相互作用を介して、化学吸着することで、銀ナノ粒子は高い密着性を示す。改質されたポリイミド層の表面には、高い密着性で固定された銀ナノ粒子の二次元的な層が形成される。この固定された銀ナノ粒子の二次元的な層を核生成層として、その上面に、表面被覆層が除去された銀ナノ粒子が積層していく。
At that time, when the irradiation time t 2 = 10 ms has elapsed (P 2 · t 2 ≧ 500 ms · W / mm 2 ), the temperature T 2-bottom = 130 at the interface of the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion liquid coating solution layer. The surface temperature of the silver nanoparticle dispersion coating solution layer T 2 -top = 110 ° C.
Therefore, at the temperature T 2 -bottom = 130 ° C. at the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer interface, the release of the coating molecule dodecylamine in the vibrationally excited state is promoted, resulting in removal of the surface coating layer. The modified silver nanoparticles adhere to the surface of the modified polyimide layer. Furthermore, the silver nanoparticles are produced by chemical adsorption through the interaction between the silver nanoparticles and the structure such as —COOH type functional groups and —CO—NH— bonds produced on the surface. Indicates high adhesion. A two-dimensional layer of silver nanoparticles fixed with high adhesion is formed on the surface of the modified polyimide layer. The fixed two-dimensional layer of silver nanoparticles is used as a nucleation layer, and silver nanoparticles from which the surface coating layer has been removed are stacked on the upper surface.

改質されたポリイミド層の表面に付着した銀ナノ粒子の二次元的な層が形成されると、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における見掛けの反射率は、当初のR2-lower=1%から、R2-metal-layer=95%へと増加する。その結果、ポリイミド層中に侵入する光の割合(実効的透過率)は、当初のT2-lower=73%から、T2-metal-layer=4%へと減少する。 When a two-dimensional layer of silver nanoparticles adhering to the surface of the modified polyimide layer is formed, the apparent reflectance at the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion liquid coating layer interface is the original R 2. Increase from -lower = 1% to R 2-metal-layer = 95%. As a result, the ratio of light penetrating into the polyimide layer (effective transmittance) is reduced from the original T 2-lower = 73% to T 2-metal-layer = 4%.

照射時間t’2=30msが経過し、改質されたポリイミド層の表面上に、銀ナノ粒子の積層がなされた段階では、この銀ナノ粒子の積層部分の温度は、T’2-bottom=160℃となり、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面の温度は、T’2-top=150℃となる。そのため、改質されたポリイミド層の表面上において、積層された銀ナノ粒子相互の融着が一部進行する。また、塗布液層の表面では、沸点248℃℃の被覆剤分子ドデシルアミン、沸点253.57℃の分散溶媒N14の蒸散が急速に進行する。 When the irradiation time t ′ 2 = 30 ms has elapsed and the silver nanoparticles are laminated on the surface of the modified polyimide layer, the temperature of the silver nanoparticle lamination portion is T ′ 2-bottom = The temperature of the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating solution layer is 160 ° C., and T ′ 2 -top = 150 ° C. Therefore, part of the fusion of the laminated silver nanoparticles proceeds on the surface of the modified polyimide layer. On the surface of the coating liquid layer, evaporation of the coating molecule dodecylamine having a boiling point of 248 ° C. and the dispersion solvent N14 having a boiling point of 253.57 ° C. rapidly proceeds.

その後、塗布液層の表面から、波長λ3=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D3=100μm、平均レーザ光強度P3=50W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。この照射条件では、照射開始時、塗布液層の表面での見掛けの反射率R3-upper=3%、塗布液層(分散液層)の見掛けの透過率T3-upper=90%、銀ナノ粒子の積層/塗布液層の界面における見掛けの反射率R3-metal-layer=95%である。従って、塗布液層中における見掛けの光吸収率A3-upper=7%、銀ナノ粒子の積層中に侵入する光の割合(実効的光吸収率)A3-metal-layer=10%となっている。 Thereafter, a laser beam having a wavelength λ 3 = 1064 nm is irradiated from the surface of the coating liquid layer from the vertical direction (incident angle 0 °) with an irradiation spot diameter D 3 = 100 μm and an average laser beam intensity P 3 = 50 W / mm 2. To do. Under this irradiation condition, the apparent reflectance R 3-upper at the surface of the coating liquid layer at the start of irradiation R 3 -upper = 3%, the apparent transmittance T 3 -upper at the coating liquid layer (dispersion liquid layer) = 90%, silver Apparent reflectance R 3-metal-layer = 95% at the interface between the layer of nanoparticles and the coating solution layer. Therefore, the apparent light absorption rate A 3-upper = 7% in the coating liquid layer, and the ratio of light penetrating into the silver nanoparticle stack (effective light absorption rate) A 3-metal-layer = 10%. ing.

その際、照射時間t3=5秒が経過した時点(P3・t3≧250ms・W/mm2)で、銀ナノ粒子の積層/塗布液層の界面における温度T3-bottom=180℃、塗布液層の表面の温度T3-top=170℃の状態となる。そのため、改質されたポリイミド層の表面上において、積層された銀ナノ粒子相互の融着、低温焼結が急速に進行する。また、塗布液層の表面では、残余している、沸点248℃℃の被覆剤分子ドデシルアミン、沸点253.57℃の分散溶媒N14の蒸散が加速される。最終的に、照射時間t’3=30秒に達した時点(P3・t’3≧1500ms・W/mm2)で、レーザ露光領域には、低温焼結された、銀ナノ粒子焼結体の薄膜層が形成される。形成される銀ナノ粒子焼結体の薄膜層の平均膜厚は、約0.5μmとなっている。 At that time, when the irradiation time t 3 = 5 seconds passed (P 3 · t 3 ≧ 250 ms · W / mm 2 ), the temperature T 3 -bottom = 180 ° C. at the interface between the silver nanoparticle laminate / coating liquid layer The surface temperature of the coating solution layer is T 3-top = 170 ° C. Therefore, fusion and low-temperature sintering of the laminated silver nanoparticles rapidly progress on the surface of the modified polyimide layer. In addition, on the surface of the coating liquid layer, the transpiration of the remaining coating agent molecule dodecylamine having a boiling point of 248 ° C. and the dispersion solvent N14 having a boiling point of 253.57 ° C. is accelerated. Finally, when the irradiation time t ′ 3 = 30 seconds (P 3 · t ′ 3 ≧ 1500 ms · W / mm 2 ), the laser exposure region is sintered at a low temperature, silver nanoparticle sintered A thin film layer of the body is formed. The average film thickness of the thin film layer of the formed silver nanoparticle sintered body is about 0.5 μm.

当初の塗布液厚3μmに対して、銀ナノ粒子焼結体の薄膜層の平均膜厚約0.5μmは、約1/6に相当している。銀ナノ粒子分散液中の、銀ナノ粒子の体積比率は、約12体積%であり、塗布液厚3μm中の銀ナノ粒子をバルク状銀に変換すると、膜厚は、0.35μmに相当する。従って、作製された銀ナノ粒子焼結体の薄膜層では、緻密な焼結が達成されている。   The average film thickness of about 0.5 μm of the thin film layer of the silver nanoparticle sintered body corresponds to about 1/6 with respect to the initial coating liquid thickness of 3 μm. The volume ratio of the silver nanoparticles in the silver nanoparticle dispersion is about 12% by volume. When the silver nanoparticles in the coating liquid thickness of 3 μm are converted into bulk silver, the film thickness corresponds to 0.35 μm. . Therefore, dense sintering is achieved in the thin film layer of the produced silver nanoparticle sintered body.

すなわち、上記の銀ナノ粒子焼結体の薄膜層を形成するプロセスは、下記の5つの工程で構成されている。   That is, the process of forming the thin film layer of the silver nanoparticle sintered body is composed of the following five steps.

(工程A−1)銀ナノ粒子分散液塗布液層の作製工程:
撥液剤:EGC-1720からなる、平均膜厚10nmの撥液剤被覆層でコートされた、ポリイミド層により被覆された基板上に、所定の平面形状で、銀ナノ粒子分散液を塗布液厚3μmで塗布し、塗布液層を作製する。
(Step A-1) Step of producing silver nanoparticle dispersion liquid coating layer:
Liquid repellent: EGC-1720 coated with a liquid repellent coating layer having an average film thickness of 10 nm and coated with a polyimide layer, a silver nanoparticle dispersion liquid is applied in a predetermined planar shape with a coating liquid thickness of 3 μm. Apply to prepare a coating solution layer.

(工程A−1’)塗布液層の予備乾燥処理工程:
銀ナノ粒子分散液塗布液層に、100℃、60秒間の予備乾燥処理を行う。
(Step A-1 ′) Predrying treatment step of coating solution layer:
The silver nanoparticle dispersion liquid coating layer is subjected to a preliminary drying treatment at 100 ° C. for 60 seconds.

(工程A−2)第1のレーザ光照射工程:
銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面から、波長λ1=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D1=100μm、平均レーザ光強度P1=250W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。この条件で、照射時間t1=20秒のレーザ光照射を行うことで、レーザ光照射された塗布液層と接する領域において、撥液剤:EGC-1720からなる撥液剤被覆層が選択的に除去される。また、塗布液層と接する領域において、レーザ露光されたポリイミド層の表面の改質がなされる。
(Step A-2) First laser light irradiation step:
From the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer, a laser beam having a wavelength of λ 1 = 1064 nm is irradiated in a vertical direction (incident angle 0 ° with an irradiation spot diameter D 1 = 100 μm, an average laser beam intensity P 1 = 250 W / mm 2 . ). Under this condition, irradiation with a laser beam with an irradiation time t 1 = 20 seconds selectively removes the liquid repellent coating layer composed of the liquid repellent: EGC-1720 in the region in contact with the coating liquid layer irradiated with the laser beam. Is done. In addition, the surface of the polyimide layer that has been laser-exposed is modified in the region in contact with the coating liquid layer.

(工程A−3)第2のレーザ光照射工程:
続いて、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面から、波長λ2=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D2=100μm、平均レーザ光強度P2=50W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。この条件で、延べ照射時間t’2=30秒のレーザ光照射を行うことで、改質されたポリイミド層の表面上に、被覆剤分子ドデシルアミンからなる被覆剤分子層が除去された、銀ナノ粒子の積層が形成される。この段階では、ポリイミド層の改質表面に付着する銀ナノ粒子は、改質により生成される、例えば、−COOH型の官能基や、−CO−NH−結合部などの構造との相互作用を介して、化学吸着することで、改質されたポリイミド層の表面に高い密着性を示す。この改質されたポリイミド層表面に付着する銀ナノ粒子を核として、被覆剤分子層が除去された、銀ナノ粒子の積層が進行する。その際、積層された銀ナノ粒子相互の融着が一部進行する。並行して、塗布液層の表面では、除去され、分散溶媒中に溶解している被覆剤分子ドデシルアミン、ならびに分散溶媒N14の蒸散が進行する。
(Step A-3) Second laser light irradiation step:
Subsequently, from the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer, a laser beam having a wavelength λ 2 = 1064 nm is irradiated in the vertical direction (incident with an irradiation spot diameter D 2 = 100 μm, an average laser beam intensity P 2 = 50 W / mm 2. Irradiate from an angle of 0 °. Under this condition, the coating material molecule layer composed of the coating agent molecule dodecylamine was removed on the surface of the modified polyimide layer by performing laser irradiation for a total irradiation time t ′ 2 = 30 seconds. A stack of nanoparticles is formed. At this stage, the silver nanoparticles adhering to the modified surface of the polyimide layer interact with the structure such as a —COOH type functional group and —CO—NH— bond produced by the modification. Thus, high adhesion is exhibited on the surface of the modified polyimide layer by chemical adsorption. With the silver nanoparticles adhering to the modified polyimide layer surface serving as a nucleus, lamination of the silver nanoparticles from which the coating agent molecular layer has been removed proceeds. At that time, a part of the fusion of the laminated silver nanoparticles proceeds. In parallel, evaporation of the coating molecule dodecylamine, which is removed and dissolved in the dispersion solvent, and the dispersion solvent N14 proceed on the surface of the coating liquid layer.

(工程A−4)第3のレーザ光照射工程:
最終的に、塗布液層の表面から、波長λ3=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D3=100μm、平均レーザ光強度P3=50W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。この条件で、延べ照射時間t’3=30秒のレーザ光照射を行うことで、改質されたポリイミド層の表面上において、積層された銀ナノ粒子相互の融着、低温焼結が完了される。また、並行して、塗布液層の表面では、分散溶媒N14と、該分散溶媒中に溶存する被覆剤分子ドデシルアミンの蒸散が加速され、形成される銀ナノ粒子焼結体の薄膜層の形成が完了する。
(Step A-4) Third laser light irradiation step:
Finally, from the surface of the coating liquid layer, a laser beam having a wavelength λ 3 = 1064 nm is irradiated in the vertical direction (incident angle 0 °) with an irradiation spot diameter D 3 = 100 μm and an average laser beam intensity P 3 = 50 W / mm 2 . Irradiate from. Under these conditions, laser light irradiation for a total irradiation time t ′ 3 = 30 seconds is performed, and fusion and low-temperature sintering of the laminated silver nanoparticles are completed on the surface of the modified polyimide layer. The In parallel, on the surface of the coating liquid layer, the evaporation of the dispersion solvent N14 and the coating molecule molecule dodecylamine dissolved in the dispersion solvent is accelerated, and a thin film layer of a silver nanoparticle sintered body is formed. Is completed.

(比較例1)
比較例1は、ポリイミド層により被覆された基板上に塗布される金属ナノ粒子分散液の塗布液層の厚さを、実施例1の3倍とし、レーザ光照射時、ポリイミド層表面に達するレーザ光強度を、実施例1と等しくなる条件を選択し、金属ナノ粒子焼結体膜の形成を行う事例である。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the thickness of the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion applied on the substrate coated with the polyimide layer is three times that of Example 1, and the laser reaches the polyimide layer surface when irradiated with laser light. This is an example of selecting a condition that makes the light intensity equal to that in Example 1 and forming a metal nanoparticle sintered body film.

基板として、ポリイミド層により被覆された基板を採用し、該ポリイミド層の表面には、撥液剤被覆層が全面にコートされている。この撥液剤被覆層は、撥液剤:フッ素系表面処理剤EGC-1720を、膜厚約10nm均一に塗布されている状態である。   As the substrate, a substrate covered with a polyimide layer is adopted, and a liquid repellent coating layer is coated on the entire surface of the polyimide layer. This liquid repellent coating layer is in a state where liquid repellent: fluorine-based surface treatment agent EGC-1720 is uniformly applied to a thickness of about 10 nm.

金属ナノ粒子分散液として、平均粒子径D:3nmの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン(融点28.3℃、沸点248℃)による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒N14(テトラデカン、粘度 2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、日鉱石油化学製)中に分散した銀ナノ粒子分散液を利用している。該銀ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子100質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが20質量部、分散溶媒のN14が52質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、10mPa・s(20℃)である。   As a metal nanoparticle dispersion liquid, a dispersion layer N14 (tetradecane) formed by forming a coating molecular layer of dodecylamine (melting point: 28.3 ° C., boiling point: 248 ° C.) on the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter D of 3 nm. Viscosity of 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point of 5.86 ° C., boiling point of 253.57 ° C., manufactured by Nikko Petrochemical Co., Ltd.). The silver nanoparticle dispersion contains 20 parts by mass of the coating molecule dodecylamine and 52 parts by mass of the dispersion solvent N14 per 100 parts by mass of the silver nanoparticles. The liquid viscosity of the silver nanoparticle dispersion is 10 mPa · s (20 ° C.).

前記銀ナノ粒子分散液を、前記撥液剤被覆層でコートされた、ポリイミド層により被覆された基板上に、塗布液厚9μmで塗布し、銀ナノ粒子分散液の塗布液層を作製する。   The silver nanoparticle dispersion liquid is applied with a coating liquid thickness of 9 μm onto a substrate coated with the polyimide layer and coated with the liquid repellent coating layer, thereby preparing a coating liquid layer of the silver nanoparticle dispersion liquid.

この銀ナノ粒子分散液の塗布液層に、100℃、60秒間の予備乾燥処理を行う。   The coating liquid layer of this silver nanoparticle dispersion is subjected to a preliminary drying treatment at 100 ° C. for 60 seconds.

この銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面から、波長λ1=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D1=100μmで、垂直方向(入射角0°)から照射する。その際、銀ナノ粒子分散液塗布液層の光透過率は、塗布液層の厚さdに対して、近似的に、exp(−A・d)に比例して減少する。従って、銀ナノ粒子分散液塗布液層の見掛けの透過率は、実施例1の値、T1-upper=74%に対して、比較例1の条件では、T1-upper=40%に減少する。そのため、塗布液厚9μmの条件では、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面での見掛けの反射率R1-upper=3%、銀ナノ粒子分散液塗布液層の見掛けの透過率T1-upper=40%、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における見掛けの反射率R1-lower=1%となっている。 Laser light having a wavelength λ 1 = 1064 nm is irradiated from the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating layer from the vertical direction (incident angle 0 °) with an irradiation spot diameter D 1 = 100 μm. At that time, the light transmittance of the coating solution layer of the silver nanoparticle dispersion decreases approximately in proportion to exp (−A · d) with respect to the thickness d of the coating solution layer. Therefore, the apparent transmittance of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer is reduced to T 1-upper = 40% under the condition of Comparative Example 1 as compared to the value of Example 1, T 1-upper = 74%. To do. Therefore, under the condition of the coating liquid thickness of 9 μm, the apparent reflectance R 1-upper = 3% on the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating liquid layer, and the apparent transmittance T 1− of the silver nanoparticle dispersion liquid coating liquid layer upper = 40%, apparent reflectance R 1−lower = 1% at the interface of the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating solution layer.

ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面に照射されるレーザ光強度を、実施例1におけるレーザ光強度と実質的に等しくする。そのため、塗布液層の表面に照射される平均レーザ光強度は、実施例1の値P1=250W/mm2に対して、この比較例1の条件では、P1=500W/mm2へと大幅に増加させている。 The intensity of the laser beam applied to the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer interface is made substantially equal to the laser beam intensity in Example 1. Therefore, the average laser light intensity irradiated on the surface of the coating liquid layer is P 1 = 500 W / mm 2 under the condition of Comparative Example 1 as compared to the value P 1 = 250 W / mm 2 in Example 1. It is greatly increased.

ポリイミド層表面の加熱は、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面に照射されるレーザ光強度に依存する。前記の照射条件では、該界面に照射されるレーザ光強度は等しいので、ポリイミド層表面の温度もほぼ等しくなる。一方、塗布液層表面の加熱は、塗布液層の表面に照射される平均レーザ光強度に依存する。前記の照射条件では、塗布液層の表面に照射される平均レーザ光強度が、約2倍に増加されているため、塗布液層表面の温度は大幅に高くなる。   The heating of the polyimide layer surface depends on the intensity of the laser beam applied to the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating solution layer interface. Under the above irradiation conditions, the intensity of the laser beam applied to the interface is the same, so the temperature of the polyimide layer surface is also substantially the same. On the other hand, the heating of the coating liquid layer surface depends on the average laser light intensity irradiated on the surface of the coating liquid layer. Under the above irradiation conditions, the average laser light intensity irradiated to the surface of the coating liquid layer is increased about twice, so that the temperature of the surface of the coating liquid layer is significantly increased.

その結果、照射時間t1=25秒が経過した時点(P1・t1≧12,500ms・W/mm2)で、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度は、T1-bottom=150℃に、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面の温度は、T1-top=140℃にまで達する。 As a result, when the irradiation time t 1 = 25 seconds passed (P 1 · t 1 ≧ 12,500 ms · W / mm 2 ), the temperature at the interface of the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer was T At 1-bottom = 150 ° C., the temperature of the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating solution reaches T 1-top = 140 ° C.

該ポリイミド層表面をコートする撥液剤被覆層に用いる、撥液剤:EGC-1720自体は、前記波長λ1=1064nmのレーザ光を吸収しない。一方、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度T1-bottom=150℃では、該撥液剤:EGC-1720は、銀ナノ粒子分散液の分散溶媒:N14に溶解する。その結果、銀ナノ粒子分散液塗布液層に接し、レーザ光照射がなされた部分においては、銀ナノ粒子分散液塗布液層とポリイミド層の界面に存在していた撥液剤被覆層の選択的な除去がなされる。 The liquid repellent agent: EGC-1720 itself used for the liquid repellent coating layer for coating the polyimide layer surface does not absorb the laser beam having the wavelength λ 1 = 1064 nm. On the other hand, at a temperature T 1 -bottom = 150 ° C. at the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer interface, the liquid repellent: EGC-1720 dissolves in the dispersion solvent: N14 of the silver nanoparticle dispersion. As a result, the liquid repellent coating layer existing at the interface between the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer and the polyimide layer was selectively applied to the portion that was in contact with the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer and irradiated with the laser beam. Removal is done.

その際、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面に照射されるレーザ光強度を、実施例1におけるレーザ光強度と実質的に等しくしている。ポリイミド層自体は、波長λ1=1064nmのレーザ光を対する光吸収を示し、この光吸収に起因する光活性化を受ける。具体的には、比較例1でも、実施例1と同様に、ポリイミド層中における光活性化に伴って、改質がなされる。 At that time, the intensity of the laser beam applied to the interface of the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating solution layer is made substantially equal to the laser beam intensity in Example 1. The polyimide layer itself exhibits light absorption for laser light having a wavelength of λ 1 = 1064 nm and undergoes photoactivation due to this light absorption. Specifically, in Comparative Example 1, as in Example 1, the modification is performed with the photoactivation in the polyimide layer.

引き続き、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面から、波長λ2=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D2=100μmで、垂直方向(入射角0°)から照射する。この照射条件でも、銀ナノ粒子分散液塗布液層の光透過率は、塗布液層の厚さdに対して、近似的に、exp(−A・d)に比例して減少する。従って、照射開始時、銀ナノ粒子分散液塗布液層の見掛けの透過率は、実施例1の値、T2-upper=74%に対して、比較例1の条件では、T2-upper=40%に減少する。そのため、塗布液厚9μmの条件では、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面での見掛けの反射率R2-upper=3%、銀ナノ粒子分散液塗布液層の見掛けの透過率T2-upper=40%、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における見掛けの反射率R2-lower=1%となっている。従って、銀ナノ粒子分散液塗布液層中における見掛けの光吸収率A2-upper=57%、ポリイミド層中に侵入する光の割合(実効的透過率)T2-lower=39%となっている。 Subsequently, a laser beam having a wavelength λ 2 = 1064 nm is irradiated from the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer from the vertical direction (incident angle 0 °) with an irradiation spot diameter D 2 = 100 μm. Even under this irradiation condition, the light transmittance of the coating solution layer of silver nanoparticle dispersion decreases approximately in proportion to exp (−A · d) with respect to the thickness d of the coating solution layer. Therefore, at the start of irradiation, the apparent transmittance of the silver nanoparticle dispersion liquid coating layer is the value of Example 1, T 2-upper = 74%, whereas in the condition of Comparative Example 1, T 2-upper = Reduce to 40%. Therefore, under the condition of the coating liquid thickness of 9 μm, the apparent reflectance R 2-upper = 3% on the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating liquid layer, and the apparent transmittance T 2− of the silver nanoparticle dispersion liquid coating liquid layer. upper = 40%, apparent reflectance R 2-lower = 1% at the interface of the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating solution layer. Therefore, the apparent light absorption rate A 2-upper in the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer is 57%, and the ratio of light penetrating into the polyimide layer (effective transmittance) is T 2-lower = 39%. Yes.

ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面に照射されるレーザ光強度を、実施例1におけるレーザ光強度と実質的に等しくする。そのため、塗布液層の表面に照射される平均レーザ光強度は、実施例1の値P2=50W/mm2に対して、この比較例1の条件では、P2=100W/mm2へと大幅に増加させている。 The intensity of the laser beam applied to the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer interface is made substantially equal to the laser beam intensity in Example 1. Therefore, the average laser light intensity irradiated on the surface of the coating liquid layer is P 2 = 100 W / mm 2 under the condition of Comparative Example 1 as compared to the value P 2 = 50 W / mm 2 in Example 1. It is greatly increased.

平均粒子径3nmの銀ナノ粒子の表面では、波長λ2=1064nmのレーザ光の照射によって、局在プラズモン吸収が生じる。その際、該銀ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子ドデシルアミンは、該局在プラズモンによる励起を受け、振動励起された状態となる。その結果、銀ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子ドデシルアミンの離脱が促進される。 On the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter of 3 nm, localized plasmon absorption occurs by irradiation with laser light having a wavelength λ 2 = 1064 nm. At that time, the coating molecule dodecylamine covering the surface of the silver nanoparticle is excited by the localized plasmon and is in a vibrationally excited state. As a result, the release of the coating molecule dodecylamine covering the surface of the silver nanoparticles is promoted.

その際、比較例1の照射条件では、照射時間t2=5秒が経過した時点(P2・t2≧500ms・W/mm2)で、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度は、T2-bottom=160℃、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面の温度は、T2-top=160℃に達する。 At that time, under the irradiation conditions of Comparative Example 1, when the irradiation time t 2 = 5 seconds passed (P 2 · t 2 ≧ 500 ms · W / mm 2 ), the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer temperature at the interface, T 2-bottom = 160 ℃ , the temperature of the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer reaches the T 2-top = 160 ℃.

従って、ポリイミド層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度T2-bottom=160℃では、振動励起された状態の被覆剤分子ドデシルアミンの離脱が促進される結果、表面被覆層が除去された銀ナノ粒子が、改質されたポリイミド層の表面に付着する。 Therefore, at the temperature T 2 -bottom = 160 ° C. at the polyimide layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer interface, the release of the coating molecule dodecylamine in the vibrationally excited state is promoted, resulting in removal of the surface coating layer. The modified silver nanoparticles adhere to the surface of the modified polyimide layer.

また、塗布液層の表面における温度T2-top=160℃では、振動励起された状態の被覆剤分子ドデシルアミンの離脱が促進される結果、銀ナノ粒子の表面被覆層の除去が引き起こされる。表面被覆層が除去された銀ナノ粒子は、相互に融着して、凝集体を構成する。すなわち、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面近傍に、銀ナノ粒子が相互に融着して、凝集体を形成している層が生成される。この銀ナノ粒子の凝集体層を核として、銀ナノ粒子分散液塗布液層中で生成した、銀ナノ粒子の凝集体が、疎な密度で連結した状態となる。 Further, at a temperature T 2-top = 160 ° C. on the surface of the coating solution layer, the release of the coating molecule dodecylamine in a vibrationally excited state is promoted, resulting in the removal of the surface coating layer of the silver nanoparticles. The silver nanoparticles from which the surface coating layer has been removed are fused together to form an aggregate. That is, in the vicinity of the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer, silver nanoparticles are fused to each other to form a layer forming an aggregate. Using the silver nanoparticle aggregate layer as a core, the silver nanoparticle aggregates produced in the silver nanoparticle dispersion liquid coating layer are connected at a sparse density.

その際、銀ナノ粒子の凝集体層は、波長λ2=1064nmのレーザ光を遮蔽し、銀ナノ粒子分散液塗布液層内部へのレーザ光の侵入を阻害する。結果的に、銀ナノ粒子分散液塗布液層内部では、波長λ2=1064nmのレーザ光照射に起因する、被覆剤分子ドデシルアミンの振動励起により促進される、被覆剤分子ドデシルアミンの離脱過程は阻害される。すなわち、銀ナノ粒子分散液塗布液層内部には、被覆剤分子ドデシルアミンからなる被覆剤分子層を保持している銀ナノ粒子が相当の比率で残っている状態となる。 At this time, the silver nanoparticle aggregate layer blocks laser light having a wavelength of λ 2 = 1064 nm and inhibits the laser light from entering the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer. As a result, the dissociation process of the coating molecule dodecylamine, which is promoted by the vibration excitation of the coating molecule dodecylamine, caused by the irradiation with the laser beam having the wavelength λ 2 = 1064 nm, in the coating layer of the silver nanoparticle dispersion liquid is Be inhibited. That is, the silver nanoparticle dispersion liquid coating liquid layer is in a state where silver nanoparticles holding the coating agent molecule layer made of the coating agent molecule dodecylamine remain in a considerable ratio.

一方、塗布液層の表面では、分散溶媒N14と、該分散溶媒中に溶解している被覆剤分子ドデシルアミンの蒸散が急速に進行する。   On the other hand, on the surface of the coating liquid layer, the transpiration of the dispersion solvent N14 and the coating agent molecule dodecylamine dissolved in the dispersion solvent rapidly proceeds.

結果的に、分散溶媒の蒸散が進むと、塗布液層の表面には、銀ナノ粒子の凝集体が疎な密度で連結した層構造が形成され、それより下層部分には、被覆剤分子層を保持している銀ナノ粒子が相当の比率で含有されている領域が存在する状態となる。   As a result, when the dispersion solvent evaporates, a layer structure in which agglomerates of silver nanoparticles are connected at a sparse density is formed on the surface of the coating liquid layer, and a coating molecular layer is formed in the lower layer portion. There is a state in which there is a region where silver nanoparticles holding s are contained in a considerable ratio.

最終的に、塗布液層の表面から、波長λ3=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D3=100μm、平均レーザ光強度P3=100W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。比較例1では、この照射条件では、照射開始時、塗布液層の表面での見掛けの反射率R3-upper=3%、塗布液層の見掛けの透過率T3-upper=10%、銀ナノ粒子の積層/塗布液層の界面における見掛けの反射率R3-metal-layer=95%である。従って、塗布液層中における見掛けの光吸収率A3-upper=85%、銀ナノ粒子の凝集体層中に侵入する光の割合(実効的光吸収率)A3-metal-layer=85%となっている。 Finally, from the surface of the coating liquid layer, a laser beam having a wavelength λ 3 = 1064 nm is irradiated in the vertical direction (incident angle 0 °) with an irradiation spot diameter D 3 = 100 μm and an average laser beam intensity P 3 = 100 W / mm 2 . Irradiate from. In Comparative Example 1, under this irradiation condition, the apparent reflectance R 3-upper = 3% on the surface of the coating liquid layer at the start of irradiation, the apparent transmittance T 3-upper = 10% on the surface of the coating liquid layer, silver Apparent reflectance R 3-metal-layer = 95% at the interface between the layer of nanoparticles and the coating solution layer. Accordingly, the apparent light absorption rate A 3-upper = 85% in the coating liquid layer, the ratio of light penetrating into the silver nanoparticle aggregate layer (effective light absorption rate) A 3-metal-layer = 85% It has become.

この条件では、塗布液層の表面に形成された、銀ナノ粒子の凝集体が疎な密度で連結した層構造部分では、低温焼結は進行する。しかし、それより下層部分は、被覆剤分子層を保持している銀ナノ粒子が相当の比率で含有されている領域となっており、かかる下層部分では、低温焼結は進行しない。勿論、改質を施したポリイミド層の表面に対する密着性は乏しい状態となっている。   Under this condition, low-temperature sintering proceeds in the layer structure portion formed by the aggregation of silver nanoparticles connected on the surface of the coating solution layer at a sparse density. However, the lower layer portion is a region where silver nanoparticles holding the coating agent molecular layer are contained in a considerable ratio, and low temperature sintering does not proceed in the lower layer portion. Of course, the adhesiveness to the surface of the modified polyimide layer is poor.

(実施例2)
実施例2は、本発明の第二の形態にかかる高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法を適用して、銅基板上に金属ナノ粒子焼結体膜からなる配線層を作製する事例である。
(Example 2)
Example 2 applies the method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to the second aspect of the present invention to produce a wiring layer made of a metal nanoparticle sintered body film on a copper substrate. This is an example.

基板として、電解銅の導電体層を有する基板を採用し、該電解銅の導電体層の表面には、撥液剤被覆層が全面にコートされている。この撥液剤被覆層は、撥液剤:フッ素系表面処理剤EGC-1720を、膜厚約10nm均一に塗布されている状態である。   As the substrate, a substrate having an electrolytic copper conductor layer is employed, and a liquid repellent coating layer is coated on the entire surface of the electrolytic copper conductor layer. This liquid repellent coating layer is in a state where liquid repellent: fluorine-based surface treatment agent EGC-1720 is uniformly applied to a thickness of about 10 nm.

金属ナノ粒子分散液として、平均粒子径D:3nmの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン(融点28.3℃、沸点248℃)による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒N14(テトラデカン、粘度 2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、日鉱石油化学製)中に分散した銀ナノ粒子分散液を利用している。該銀ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子100質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが20質量部、分散溶媒のN14が52質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、10mPa・s(20℃)である。   As a metal nanoparticle dispersion liquid, a dispersion layer N14 (tetradecane) formed by forming a coating molecular layer of dodecylamine (melting point: 28.3 ° C., boiling point: 248 ° C.) on the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter D of 3 nm. Viscosity of 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point of 5.86 ° C., boiling point of 253.57 ° C., manufactured by Nikko Petrochemical Co., Ltd.). The silver nanoparticle dispersion contains 20 parts by mass of the coating molecule dodecylamine and 52 parts by mass of the dispersion solvent N14 per 100 parts by mass of the silver nanoparticles. The liquid viscosity of the silver nanoparticle dispersion is 10 mPa · s (20 ° C.).

前記銀ナノ粒子分散液を、前記撥液剤被覆層でコートされた、電解銅の導電体層の表面上に、塗布液厚3μmで塗布し、銀ナノ粒子分散液の塗布液層を作製する。   The silver nanoparticle dispersion liquid is applied at a coating liquid thickness of 3 μm on the surface of the electrolytic copper conductor layer coated with the liquid repellent coating layer to produce a silver nanoparticle dispersion liquid coating liquid layer.

この銀ナノ粒子分散液の塗布液層に、100℃、60秒間の予備乾燥処理を行う。   The coating liquid layer of this silver nanoparticle dispersion is subjected to a preliminary drying treatment at 100 ° C. for 60 seconds.

この銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面から、波長λ1=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D1=100μm、平均レーザ光強度P1=13,000W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。前記照射条件において、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面での見掛けの反射率R1-upper=3%、銀ナノ粒子分散液塗布液層の見掛けの透過率T1-upper=74%、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における見掛けの反射率R1-lower=60%である。従って、銀ナノ粒子分散液塗布液層中における見掛けの光吸収率A1-upper=23%、電解銅の導電体層中に侵入する光の割合(実効的吸収率)A1-lower=29%となっている。 From the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating layer, a laser beam having a wavelength λ 1 = 1064 nm is irradiated in the vertical direction (incident with an irradiation spot diameter D 1 = 100 μm, an average laser beam intensity P 1 = 13,000 W / mm 2. Irradiate from an angle of 0 °. Under the irradiation conditions, the apparent reflectance R 1 -upper = 3% on the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer, the apparent transmittance T 1-upper = 74% on the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer, Apparent reflectance R 1-lower = 60% at the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion coating solution layer. Therefore, the apparent light absorption rate A 1-upper in the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer is 23%, and the ratio of light penetrating into the conductor layer of electrolytic copper (effective absorption rate) A 1-lower = 29 %.

その結果、照射時間t1=3秒が経過した時点(P1・t1≧39,000ms・W/mm2)で、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度T1-bottom=140℃、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面の温度T1-top=120℃の状態となる。 As a result, when the irradiation time t 1 = 3 seconds has passed (P 1 · t 1 ≧ 39,000 ms · W / mm 2 ), at the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer The temperature T 1-bottom = 140 ° C., and the temperature T 1-top = 120 ° C. of the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer is obtained.

該電解銅の導電体層表面をコートする撥液剤被覆層に用いる、撥液剤:EGC-172自体は、前記波長λ1=1064nmのレーザ光を吸収しない。一方、電解銅の導電体層/塗布液層の界面における温度T1-bottom=140℃では、該撥液剤:EGC-1720は、銀ナノ粒子分散液の分散溶媒:N14に溶解する。その結果、銀ナノ粒子分散液塗布液層に接し、レーザ光照射がなされた部分においては、銀ナノ粒子分散液塗布液層と電解銅の導電体層の界面に存在していた撥液剤被覆層の選択的な除去がなされる。 The liquid repellent: EGC-172 itself used for the liquid repellent coating layer for coating the surface of the electrolytic copper conductor layer does not absorb the laser beam having the wavelength λ 1 = 1064 nm. On the other hand, at a temperature T 1 -bottom = 140 ° C. at the interface between the electrolytic copper conductor layer / coating liquid layer, the liquid repellent: EGC-1720 dissolves in the dispersion solvent: N14 of the silver nanoparticle dispersion. As a result, the liquid repellent coating layer that was present at the interface between the silver nanoparticle dispersion coating solution layer and the electrolytic copper conductor layer in the portion that was in contact with the silver nanoparticle dispersion coating solution layer and irradiated with the laser beam. Is selectively removed.

引き続き、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面から、波長λ2=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D2=100μm、平均レーザ光強度P2=1,500W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。この照射条件では、照射開始時、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面での見掛けの反射率R2-upper=3%、銀ナノ粒子分散液塗布液層の見掛けの透過率T2-upper=74%、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における見掛けの反射率R2-lower=60%である。従って、銀ナノ粒子分散液塗布液層中における見掛けの光吸収率A2-upper=23%、電解銅の導電体層中に侵入する光の割合(実効的光吸収率)A2-lower=29%となっている。 Subsequently, from the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating layer, a laser beam having a wavelength λ 2 = 1064 nm is irradiated in a vertical direction (with an irradiation spot diameter D 2 = 100 μm, an average laser beam intensity P 2 = 1,500 W / mm 2 ). Irradiation is performed from an incident angle of 0 °. Under this irradiation condition, the apparent reflectance R 2-upper at the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer at the start of irradiation R 2 -upper = 3%, the apparent transmittance T 2-upper of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer = Apparent reflectance R2 -lower = 60% at the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion liquid coating liquid layer. Accordingly, the apparent light absorption rate A 2 -upper in the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer is 23%, and the ratio of light penetrating into the electrolytic copper conductor layer (effective light absorption rate) A 2 -lower = 29%.

平均粒子径3nmの銀ナノ粒子の表面では、波長λ2=1064nmのレーザ光の照射によって、局在プラズモン吸収が生じる。その際、該銀ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子ドデシルアミンは、該局在プラズモンによる励起を受け、振動励起された状態となる。その結果、銀ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子ドデシルアミンの離脱が促進される。 On the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter of 3 nm, localized plasmon absorption occurs by irradiation with laser light having a wavelength λ 2 = 1064 nm. At that time, the coating molecule dodecylamine covering the surface of the silver nanoparticle is excited by the localized plasmon and is in a vibrationally excited state. As a result, the release of the coating molecule dodecylamine covering the surface of the silver nanoparticles is promoted.

その際、照射時間t2=1秒が経過した時点(P2・t2≧1,500ms・W/mm2)で、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度T2-bottom=160℃、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面の温度T2-top=140℃の状態となる。 At that time, at the time when the irradiation time t 2 = 1 second has passed (P 2 · t 2 ≧ 1,500 ms · W / mm 2 ), at the interface of the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer The temperature T 2 -bottom = 160 ° C. and the temperature T 2 -top = 140 ° C. of the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating solution layer are obtained.

従って、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度T2-bottom=160℃では、振動励起された状態の被覆剤分子ドデシルアミンの離脱が促進される結果、表面被覆層が除去された銀ナノ粒子が、電解銅の導電体層の表面に付着する。さらに、電解銅と、銀ナノ粒子との間で相互拡散が進むと合金化領域が形成され、高い密着性を示す。電解銅の導電体層の表面には、付着した銀ナノ粒子の二次元的な層が形成される。この付着した銀ナノ粒子の二次元的な層を核生成層として、その上面に、表面被覆層が除去された銀ナノ粒子が積層していく。 Therefore, at the temperature T 2 -bottom = 160 ° C. at the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion coating solution layer, the release of the coating molecule dodecylamine in the vibrationally excited state is promoted. The silver nanoparticles from which the coating layer has been removed adhere to the surface of the electrolytic copper conductor layer. Furthermore, when interdiffusion progresses between electrolytic copper and silver nanoparticles, an alloying region is formed, and high adhesion is exhibited. A two-dimensional layer of attached silver nanoparticles is formed on the surface of the electrolytic copper conductor layer. The two-dimensional layer of adhered silver nanoparticles is used as a nucleation layer, and silver nanoparticles from which the surface coating layer has been removed are stacked on the upper surface.

電解銅の導電体層の表面に付着した銀ナノ粒子の二次元的な層が形成されると、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における見掛けの反射率は、当初のR2-lower=60%から、R2-metal-layer=95%へと増加する。その結果、電解銅の導電体層中に侵入する光の割合(実効的光吸収率)は、当初のA2-lower=29%から、A2-metal-layer=5%へと減少する。 When a two-dimensional layer of silver nanoparticles adhered to the surface of the electrolytic copper conductor layer is formed, the apparent reflectance at the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer is It increases from the original R 2-lower = 60% to R 2-metal-layer = 95%. As a result, the ratio of light penetrating into the electrolytic copper conductor layer (effective light absorption rate) decreases from A 2 -lower = 29% to A 2 -metal-layer = 5%.

照射時間t’2=3秒が経過し(P2・t’2≧4,500ms・W/mm2)、電解銅の導電体層の表面上に、銀ナノ粒子の積層がなされた段階では、この銀ナノ粒子の積層部分の温度は、T’2-bottom=180℃となり、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面の温度は、T’2-top=170℃となる。そのため、電解銅の導電体層の表面上において、積層された銀ナノ粒子相互の融着が一部進行する。また、塗布液層の表面では、沸点248℃℃の被覆剤分子ドデシルアミン、沸点253.57℃の分散溶媒N14の蒸散が急速に進行する。 At the stage where the irradiation time t ′ 2 = 3 seconds has passed (P 2 · t ′ 2 ≧ 4,500 ms · W / mm 2 ) and the silver nanoparticles were laminated on the surface of the electrolytic copper conductor layer. The temperature of the laminated part of the silver nanoparticles is T ′ 2-bottom = 180 ° C., and the temperature of the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating layer is T ′ 2-top = 170 ° C. Therefore, a part of the fusion of the laminated silver nanoparticles proceeds on the surface of the electrolytic copper conductor layer. On the surface of the coating liquid layer, evaporation of the coating molecule dodecylamine having a boiling point of 248 ° C. and the dispersion solvent N14 having a boiling point of 253.57 ° C. rapidly proceeds.

その後、塗布液層の表面から、波長λ3=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D3=100μm、平均レーザ光強度P3=1,500W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。この照射条件では、照射開始時、塗布液層の表面での見掛けの反射率R3-upper=3%、塗布液層(分散液層)の見掛けの透過率T3-upper=90%、銀ナノ粒子の積層/塗布液層の界面における見掛けの反射率R3-metal-layer=95%である。従って、塗布液層中における見掛けの光吸収率A3-upper=7%、銀ナノ粒子の積層中に侵入する光の割合(実効的光吸収率)A3-metal-layer=4%となっている。 Thereafter, from the surface of the coating liquid layer, a laser beam having a wavelength λ 3 = 1064 nm is irradiated in the vertical direction (incident angle 0 °) with an irradiation spot diameter D 3 = 100 μm and an average laser beam intensity P 3 = 1,500 W / mm 2 . Irradiate from. Under this irradiation condition, the apparent reflectance R 3-upper at the surface of the coating liquid layer at the start of irradiation R 3 -upper = 3%, the apparent transmittance T 3 -upper at the coating liquid layer (dispersion liquid layer) = 90%, silver Apparent reflectance R 3-metal-layer = 95% at the interface between the layer of nanoparticles and the coating solution layer. Therefore, the apparent light absorption rate A 3-upper = 7% in the coating liquid layer, and the ratio of light penetrating into the silver nanoparticle stack (effective light absorption rate) A 3-metal-layer = 4%. ing.

その際、照射時間t3=1秒が経過した時点(P3・t3≧1,500ms・W/mm2)で、銀ナノ粒子の積層/塗布液層の界面における温度T3-bottom=190℃、塗布液層の表面の温度T3-top=180℃の状態となる。そのため、電解銅の導電体層の表面上において、積層された銀ナノ粒子相互の融着、低温焼結が急速に進行する。また、塗布液層の表面では、残余している、沸点248℃℃の被覆剤分子ドデシルアミン、沸点253.57℃の分散溶媒N14の蒸散が加速される。最終的に、照射時間t’3=3秒に達した時点(P3・t’3≧4,500ms・W/mm2)で、レーザ露光領域には、低温焼結された、銀ナノ粒子焼結体の薄膜層が形成される。形成される銀ナノ粒子焼結体の薄膜層の平均膜厚は、約0.5μmとなっている。 At that time, when the irradiation time t 3 = 1 second has passed (P 3 · t 3 ≧ 1,500 ms · W / mm 2 ), the temperature T 3 -bottom at the interface of the silver nanoparticle stacking / coating liquid layer = 190 ° C., surface temperature T 3-top = 180 ° C. of the coating solution layer. Therefore, fusion and low-temperature sintering of the laminated silver nanoparticles proceed rapidly on the surface of the electrolytic copper conductor layer. In addition, on the surface of the coating liquid layer, the transpiration of the remaining coating agent molecule dodecylamine having a boiling point of 248 ° C. and the dispersion solvent N14 having a boiling point of 253.57 ° C. is accelerated. Finally, when the irradiation time t ′ 3 = 3 seconds (P 3 · t ′ 3 ≧ 4,500 ms · W / mm 2 ), the laser-exposed region has low-temperature sintered silver nanoparticles. A thin film layer of a sintered body is formed. The average film thickness of the thin film layer of the formed silver nanoparticle sintered body is about 0.5 μm.

当初の塗布液厚3μmに対して、銀ナノ粒子焼結体の薄膜層の平均膜厚約0.5μmは、約1/6に相当している。銀ナノ粒子分散液中の、銀ナノ粒子の体積比率は、約12体積%であり、塗布液厚3μm中の銀ナノ粒子をバルク状銀に変換すると、膜厚は、0.35μmに相当する。従って、作製された銀ナノ粒子焼結体の薄膜層では、緻密な焼結が達成されている。   The average film thickness of about 0.5 μm of the thin film layer of the silver nanoparticle sintered body corresponds to about 1/6 with respect to the initial coating liquid thickness of 3 μm. The volume ratio of the silver nanoparticles in the silver nanoparticle dispersion is about 12% by volume. When the silver nanoparticles in the coating liquid thickness of 3 μm are converted into bulk silver, the film thickness corresponds to 0.35 μm. . Therefore, dense sintering is achieved in the thin film layer of the produced silver nanoparticle sintered body.

また、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子の積層の界面における温度も、実質的に、T3-bottom=190℃となるので、電解銅と、銀ナノ粒子との間で相互拡散がさらに進み、界面全体に合金化領域が形成され、高い密着性を示す。 In addition, since the temperature at the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticles stack is substantially T 3 -bottom = 190 ° C., mutual diffusion between the electrolytic copper and the silver nanoparticles is further increased. As a result, an alloying region is formed on the entire interface, and high adhesion is exhibited.

すなわち、上記の銀ナノ粒子焼結体の薄膜層を形成するプロセスは、下記の5つの工程で構成されている。   That is, the process of forming the thin film layer of the silver nanoparticle sintered body is composed of the following five steps.

(工程B−1)銀ナノ粒子分散液塗布液層の作製工程:
撥液剤:EGC-1720からなる、平均膜厚10nmの撥液剤被覆層でコートされた、電解銅の導電体層を有する基板上に、所定の平面形状で、銀ナノ粒子分散液を塗布液厚3μmで塗布し、塗布液層を作製する。
(Step B-1) Step of producing silver nanoparticle dispersion liquid coating layer:
Liquid repellent: A silver nanoparticle dispersion liquid is applied in a predetermined planar shape onto a substrate having an electrolytic copper conductor layer coated with a liquid repellent coating layer having an average film thickness of 10 nm made of EGC-1720. Coating is performed at 3 μm to prepare a coating solution layer.

(工程B−1’)塗布液層の予備乾燥処理工程:
銀ナノ粒子分散液塗布液層に、100℃、60秒間の予備乾燥処理を行う。 (工程B−2)第1のレーザ光照射工程:
銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面から、波長λ1=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D1=100μm、平均レーザ光強度P1=13,000W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。この条件で、照射時間t1=3秒のレーザ光照射を行うことで、レーザ光照射された塗布液層と接する領域において、撥液剤:EGC-1720からなる撥液剤被覆層が選択的に除去される。
(Step B-1 ′) Preliminary drying treatment step of coating solution layer:
The silver nanoparticle dispersion liquid coating layer is subjected to a preliminary drying treatment at 100 ° C. for 60 seconds. (Step B-2) First laser light irradiation step:
From the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer, a laser beam having a wavelength λ 1 = 1064 nm is irradiated in a vertical direction (incident angle) with an irradiation spot diameter D 1 = 100 μm and an average laser beam intensity P 1 = 13,000 W / mm 2. Irradiate from 0 °. Under this condition, laser light irradiation with an irradiation time t 1 = 3 seconds selectively removes the liquid repellent coating layer composed of the liquid repellent: EGC-1720 in the region in contact with the coating liquid layer irradiated with the laser light. Is done.

(工程B−3)第2のレーザ光照射工程:
続いて、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面から、波長λ2=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D2=100μm、平均レーザ光強度P2=1,500W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。この条件で、延べ照射時間t’2=3秒のレーザ光照射を行うことで、電解銅の導電体層の表面上に、被覆剤分子ドデシルアミンからなる被覆剤分子層が除去された、銀ナノ粒子の積層が形成される。この段階では、電解銅の導電体層表面に付着する銀ナノ粒子は、該銀ナノ粒子と接する電解銅と局所的に相互拡散を起し、電解銅の導電体層の表面に高い密着性を示す。この電解銅の導電体層表面に付着する銀ナノ粒子を核として、被覆剤分子層が除去された、銀ナノ粒子の積層が進行する。その際、積層された銀ナノ粒子相互の融着が一部進行する。並行して、塗布液層の表面では、除去され、分散溶媒中に溶解している被覆剤分子ドデシルアミン、ならびに分散溶媒N14の蒸散が進行する。
(Step B-3) Second laser light irradiation step:
Subsequently, from the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer, a laser beam having a wavelength λ 2 = 1064 nm is irradiated in a vertical direction with an irradiation spot diameter D 2 = 100 μm, an average laser beam intensity P 2 = 1,500 W / mm 2. Irradiate from (incident angle 0 °). Under this condition, a laser beam irradiation with a total irradiation time t ′ 2 = 3 seconds was performed to remove the coating molecule layer composed of the coating molecule dodecylamine on the surface of the electrolytic copper conductor layer. A stack of nanoparticles is formed. At this stage, the silver nanoparticles adhering to the surface of the electrolytic copper conductor layer cause local interdiffusion with the electrolytic copper in contact with the silver nanoparticle, thereby providing high adhesion to the surface of the electrolytic copper conductor layer. Show. With the silver nanoparticles adhering to the surface of the electrolytic copper conductor layer as the core, the lamination of the silver nanoparticles from which the coating agent molecular layer has been removed proceeds. At that time, a part of the fusion of the laminated silver nanoparticles proceeds. In parallel, evaporation of the coating molecule dodecylamine, which is removed and dissolved in the dispersion solvent, and the dispersion solvent N14 proceed on the surface of the coating liquid layer.

(工程B−4)第3のレーザ光照射工程:
最終的に、塗布液層の表面から、波長λ3=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D3=100μm、平均レーザ光強度P3=1,500W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。この条件で、延べ照射時間t’3=3秒のレーザ光照射を行うことで、電解銅の導電体層の表面上において、相互拡散による合金化、積層された銀ナノ粒子相互の融着、低温焼結が完了される。また、並行して、塗布液層の表面では、分散溶媒N14と、該分散溶媒中に溶存する被覆剤分子ドデシルアミンの蒸散が加速され、形成される銀ナノ粒子焼結体の薄膜層の形成が完了する。
(Step B-4) Third laser light irradiation step:
Finally, from the surface of the coating liquid layer, a laser beam having a wavelength of λ 3 = 1064 nm is irradiated in a vertical direction (incident angle 0) with an irradiation spot diameter D 3 = 100 μm and an average laser beam intensity P 3 = 1,500 W / mm 2. Irradiate from (°). Under this condition, by performing laser light irradiation for a total irradiation time t ′ 3 = 3 seconds, alloying by mutual diffusion on the surface of the conductor layer of electrolytic copper, fusion of laminated silver nanoparticles, Low temperature sintering is completed. In parallel, on the surface of the coating liquid layer, the evaporation of the dispersion solvent N14 and the coating molecule molecule dodecylamine dissolved in the dispersion solvent is accelerated, and a thin film layer of a silver nanoparticle sintered body is formed. Is completed.

(比較例2)
比較例2は、銅基板上に塗布される金属ナノ粒子分散液の塗布液層の厚さを、実施例2の3倍とし、レーザ光照射時、電解銅の導電体層表面に達するレーザ光強度を、実施例2と等しくなる条件を選択し、金属ナノ粒子焼結体膜の形成を行う事例である。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, the thickness of the coating liquid layer of the metal nanoparticle dispersion applied on the copper substrate is three times that of Example 2, and the laser light that reaches the surface of the conductor layer of electrolytic copper when irradiated with laser light. In this example, the metal nanoparticle sintered body film is formed by selecting a condition that makes the strength equal to that in Example 2.

基板として、電解銅の導電体層を有する基板を採用し、該電解銅の導電体層の表面には、撥液剤被覆層が全面にコートされている。この撥液剤被覆層は、撥液剤:フッ素系表面処理剤EGC-1720を、膜厚約10nm均一に塗布されている状態である。   As the substrate, a substrate having an electrolytic copper conductor layer is employed, and a liquid repellent coating layer is coated on the entire surface of the electrolytic copper conductor layer. This liquid repellent coating layer is in a state where liquid repellent: fluorine-based surface treatment agent EGC-1720 is uniformly applied to a thickness of about 10 nm.

金属ナノ粒子分散液として、平均粒子径D:3nmの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン(融点28.3℃、沸点248℃)による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒N14(テトラデカン、粘度 2.0〜2.3 mPa・s(20℃)、融点5.86℃、沸点253.57℃、日鉱石油化学製)中に分散した銀ナノ粒子分散液を利用している。該銀ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子100質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが20質量部、分散溶媒のN14が52質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、10mPa・s(20℃)である。   As a metal nanoparticle dispersion liquid, a dispersion layer N14 (tetradecane) formed by forming a coating molecular layer of dodecylamine (melting point: 28.3 ° C., boiling point: 248 ° C.) on the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter D of 3 nm. Viscosity of 2.0 to 2.3 mPa · s (20 ° C.), melting point of 5.86 ° C., boiling point of 253.57 ° C., manufactured by Nikko Petrochemical Co., Ltd.). The silver nanoparticle dispersion contains 20 parts by mass of the coating molecule dodecylamine and 52 parts by mass of the dispersion solvent N14 per 100 parts by mass of the silver nanoparticles. The liquid viscosity of the silver nanoparticle dispersion is 10 mPa · s (20 ° C.).

前記銀ナノ粒子分散液を、前記撥液剤被覆層でコートされた、電解銅の導電体層の表面上に、塗布液厚9μmで塗布し、銀ナノ粒子分散液の塗布液層を作製する。   The silver nanoparticle dispersion is applied to the surface of the electrolytic copper conductor layer coated with the liquid repellent coating layer with a coating liquid thickness of 9 μm to prepare a silver nanoparticle dispersion liquid coating layer.

この銀ナノ粒子分散液の塗布液層に、100℃、60秒間の予備乾燥処理を行う。   The coating liquid layer of this silver nanoparticle dispersion is subjected to a preliminary drying treatment at 100 ° C. for 60 seconds.

この銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面から、波長λ1=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D1=100μmで、垂直方向(入射角0°)から照射する。その際、銀ナノ粒子分散液塗布液層の光透過率は、塗布液層の厚さdに対して、近似的に、exp(−A・d)に比例して減少する。従って、銀ナノ粒子分散液塗布液層の見掛けの透過率は、実施例1の値、T1-upper=74%に対して、比較例2の条件では、T1-upper=40%に減少する。そのため、塗布液厚9μmの条件では、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面での見掛けの反射率R1-upper=3%、銀ナノ粒子分散液塗布液層の見掛けの透過率T1-upper=40%、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における見掛けの反射率R1-lower=60%となっている。 Laser light having a wavelength λ 1 = 1064 nm is irradiated from the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating layer from the vertical direction (incident angle 0 °) with an irradiation spot diameter D 1 = 100 μm. At that time, the light transmittance of the coating solution layer of the silver nanoparticle dispersion decreases approximately in proportion to exp (−A · d) with respect to the thickness d of the coating solution layer. Therefore, the apparent transmittance of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer is reduced to T 1-upper = 40% under the condition of Comparative Example 2 while the value of Example 1 is T 1-upper = 74%. To do. Therefore, under the condition of the coating liquid thickness of 9 μm, the apparent reflectance R 1-upper = 3% on the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating liquid layer, and the apparent transmittance T 1− of the silver nanoparticle dispersion liquid coating liquid layer upper = 40%, apparent reflectance R 1−lower = 60% at the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion coating solution layer.

電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面に照射されるレーザ光強度を、実施例2におけるレーザ光強度と実質的に等しくする。そのため、塗布液層の表面に照射される平均レーザ光強度は、実施例2の値P1=13,000W/mm2に対して、この比較例2の条件では、P1=19,000W/mm2へと大幅に増加させている。 The intensity of the laser beam applied to the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion liquid coating solution layer is made substantially equal to the laser beam intensity in Example 2. Therefore, the average laser light intensity is irradiated to the surface of the coating liquid layer, with respect to the value P 1 = 13,000W / mm 2 of Example 2, under the conditions of this Comparative Example 2, P 1 = 19,000W / It has greatly increased to mm 2.

電解銅の導電体層表面の加熱は、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面に照射されるレーザ光強度に依存する。前記の照射条件では、該界面に照射されるレーザ光強度は実質的に等しいので、電解銅の導電体層表面の温度もほぼ等しくなる。一方、塗布液層表面の加熱は、塗布液層の表面に照射される平均レーザ光強度に依存する。前記の照射条件では、塗布液層の表面に照射される平均レーザ光強度が、約1.5倍に増加されているため、塗布液層表面の温度は大幅に高くなる。   The heating of the electrolytic copper conductor layer surface depends on the intensity of the laser beam applied to the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion liquid coating solution layer. Under the above irradiation conditions, the intensity of the laser beam applied to the interface is substantially equal, so that the temperature of the surface of the conductive layer of electrolytic copper is also substantially equal. On the other hand, the heating of the coating liquid layer surface depends on the average laser light intensity irradiated on the surface of the coating liquid layer. Under the above irradiation conditions, the average laser light intensity irradiated on the surface of the coating liquid layer is increased by about 1.5 times, so that the temperature of the coating liquid layer surface is significantly increased.

その結果、照射時間t1=3秒が経過した時点(P1・t1≧57,000ms・W/mm2)で、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度は、T1-bottom=120℃に、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面の温度は、T1-top=110℃にまで達する。 As a result, at the time when the irradiation time t 1 = 3 seconds passed (P 1 · t 1 ≧ 57,000 ms · W / mm 2 ), at the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion coating liquid layer The temperature reaches T 1 -bottom = 120 ° C., and the temperature of the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating solution reaches T 1-top = 110 ° C.

該電解銅の導電体層表面をコートする撥液剤被覆層に用いる、撥液剤:EGC-1720自体は、前記波長λ1=1064nmのレーザ光を吸収しない。一方、電解銅の導電体層/塗布液層の界面における温度T1-bottom=120℃では、該撥液剤:EGC-1720は、銀ナノ粒子分散液の分散溶媒:N14に溶解する。その結果、銀ナノ粒子分散液塗布液層に接し、レーザ光照射がなされた部分においては、銀ナノ粒子分散液塗布液層と電解銅の導電体層の界面に存在していた撥液剤被覆層の選択的な除去がなされる。 The liquid repellent: EGC-1720 itself used for the liquid repellent coating layer for coating the surface of the electrolytic copper conductor layer does not absorb the laser beam having the wavelength λ 1 = 1064 nm. On the other hand, at a temperature T 1-bottom = 120 ° C. at the interface between the electrolytic copper conductor layer / coating liquid layer, the liquid repellent: EGC-1720 dissolves in the dispersion solvent N14 of the silver nanoparticle dispersion. As a result, the liquid repellent coating layer that was present at the interface between the silver nanoparticle dispersion coating solution layer and the electrolytic copper conductor layer in the portion that was in contact with the silver nanoparticle dispersion coating solution layer and irradiated with the laser beam. Is selectively removed.

引き続き、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面から、波長λ2=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D2=100μmで、垂直方向(入射角0°)から照射する。この照射条件でも、銀ナノ粒子分散液塗布液層の光透過率は、塗布液層の厚さdに対して、近似的に、exp(−A・d)に比例して減少する。従って、照射開始時、銀ナノ粒子分散液塗布液層の見掛けの透過率は、実施例2の値、T2-upper=74%に対して、比較例2の条件では、T2-upper=40%に減少する。そのため、塗布液厚9μmの条件では、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面での見掛けの反射率R2-upper=3%、銀ナノ粒子分散液塗布液層の見掛けの透過率T2-upper=40%、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における見掛けの反射率R2-lower=60%となっている。従って、銀ナノ粒子分散液塗布液層中における見掛けの光吸収率A2-upper=57%、電解銅の導電体層中に侵入する光の割合(実効的光吸収率)A2-lower=16%となっている。 Subsequently, a laser beam having a wavelength λ 2 = 1064 nm is irradiated from the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer from the vertical direction (incident angle 0 °) with an irradiation spot diameter D 2 = 100 μm. Even under this irradiation condition, the light transmittance of the coating solution layer of silver nanoparticle dispersion decreases approximately in proportion to exp (−A · d) with respect to the thickness d of the coating solution layer. Therefore, at the start of irradiation, the apparent transmittance of the silver nanoparticle dispersion liquid coating layer is the value of Example 2, T 2-upper = 74%, whereas in the condition of Comparative Example 2, T 2-upper = Reduce to 40%. Therefore, under the condition of the coating liquid thickness of 9 μm, the apparent reflectance R 2-upper = 3% on the surface of the silver nanoparticle dispersion liquid coating liquid layer, and the apparent transmittance T 2− of the silver nanoparticle dispersion liquid coating liquid layer. upper = 40%, apparent reflectance R 2−lower = 60% at the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion coating solution layer. Therefore, the apparent light absorption rate A 2 -upper = 57% in the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer, the ratio of light penetrating into the electrolytic copper conductor layer (effective light absorption rate) A 2−lower = It is 16%.

電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面に照射されるレーザ光強度を、実施例2におけるレーザ光強度と実質的に等しくする。そのため、塗布液層の表面に照射される平均レーザ光強度は、実施例2の値P2=1,500W/mm2に対して、この比較例2の条件では、P2=3,000W/mm2へと大幅に増加させている。 The intensity of the laser beam applied to the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion liquid coating solution layer is made substantially equal to the laser beam intensity in Example 2. Therefore, the average laser light intensity irradiated on the surface of the coating liquid layer is P 2 = 3,000 W / mm 2 under the condition of Comparative Example 2 as compared with the value P 2 = 1,500 W / mm 2 in Example 2. It has greatly increased to mm 2.

平均粒子径3nmの銀ナノ粒子の表面では、波長λ2=1064nmのレーザ光の照射によって、局在プラズモン吸収が生じる。その際、該銀ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子ドデシルアミンは、該局在プラズモンによる励起を受け、振動励起された状態となる。その結果、銀ナノ粒子の表面を被覆している被覆剤分子ドデシルアミンの離脱が促進される。 On the surface of silver nanoparticles having an average particle diameter of 3 nm, localized plasmon absorption occurs by irradiation with laser light having a wavelength λ 2 = 1064 nm. At that time, the coating molecule dodecylamine covering the surface of the silver nanoparticle is excited by the localized plasmon and is in a vibrationally excited state. As a result, the release of the coating molecule dodecylamine covering the surface of the silver nanoparticles is promoted.

その際、比較例1の照射条件では、照射時間t2=1秒が経過した時点(P2・t2≧3,000ms・W/mm2)で、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度は、T2-bottom=160℃、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面の温度は、T2-top=160℃に達する。 At that time, under the irradiation conditions of Comparative Example 1, when the irradiation time t 2 = 1 second has elapsed (P 2 · t 2 ≧ 3,000 ms · W / mm 2 ), the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticles The temperature at the interface of the dispersion coating liquid layer reaches T 2-bottom = 160 ° C, and the temperature of the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer reaches T 2-top = 160 ° C.

従って、電解銅の導電体層/銀ナノ粒子分散液塗布液層の界面における温度T2-bottom=160℃では、振動励起された状態の被覆剤分子ドデシルアミンの離脱が促進される結果、表面被覆層が除去された銀ナノ粒子が、電解銅の導電体層の表面に付着する。 Therefore, at the temperature T 2 -bottom = 160 ° C. at the interface between the electrolytic copper conductor layer / silver nanoparticle dispersion coating solution layer, the release of the coating molecule dodecylamine in the vibrationally excited state is promoted. The silver nanoparticles from which the coating layer has been removed adhere to the surface of the electrolytic copper conductor layer.

また、塗布液層の表面における温度T2-top=160℃では、振動励起された状態の被覆剤分子ドデシルアミンの離脱が促進される結果、銀ナノ粒子の表面被覆層の除去が引き起こされる。表面被覆層が除去された銀ナノ粒子は、相互に融着して、凝集体を構成する。すなわち、銀ナノ粒子分散液塗布液層の表面近傍に、銀ナノ粒子が相互に融着して、凝集体を形成している層が生成される。この銀ナノ粒子の凝集体層を核として、銀ナノ粒子分散液塗布液層中で生成した、銀ナノ粒子の凝集体が、疎な密度で連結した状態となる。 Further, at a temperature T 2-top = 160 ° C. on the surface of the coating solution layer, the release of the coating molecule dodecylamine in a vibrationally excited state is promoted, resulting in the removal of the surface coating layer of the silver nanoparticles. The silver nanoparticles from which the surface coating layer has been removed are fused together to form an aggregate. That is, in the vicinity of the surface of the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer, silver nanoparticles are fused to each other to form a layer forming an aggregate. Using the silver nanoparticle aggregate layer as a core, the silver nanoparticle aggregates produced in the silver nanoparticle dispersion liquid coating layer are connected at a sparse density.

その際、銀ナノ粒子の凝集体層は、波長λ2=1064nmのレーザ光を遮蔽し、銀ナノ粒子分散液塗布液層内部へのレーザ光の侵入を阻害する。結果的に、銀ナノ粒子分散液塗布液層内部では、波長λ2=1064nmのレーザ光照射に起因する、被覆剤分子ドデシルアミンの振動励起により促進される、被覆剤分子ドデシルアミンの離脱過程は阻害される。すなわち、銀ナノ粒子分散液塗布液層内部には、被覆剤分子ドデシルアミンからなる被覆剤分子層を保持している銀ナノ粒子が相当の比率で残っている状態となる。 At this time, the silver nanoparticle aggregate layer blocks laser light having a wavelength of λ 2 = 1064 nm and inhibits the laser light from entering the silver nanoparticle dispersion coating liquid layer. As a result, the dissociation process of the coating molecule dodecylamine, which is promoted by the vibration excitation of the coating molecule dodecylamine, caused by the irradiation with the laser beam having the wavelength λ 2 = 1064 nm, in the coating layer of the silver nanoparticle dispersion liquid is Be inhibited. That is, the silver nanoparticle dispersion liquid coating liquid layer is in a state where silver nanoparticles holding the coating agent molecule layer made of the coating agent molecule dodecylamine remain in a considerable ratio.

一方、塗布液層の表面では、分散溶媒N14と、該分散溶媒中に溶解している被覆剤分子ドデシルアミンの蒸散が急速に進行する。   On the other hand, on the surface of the coating liquid layer, the transpiration of the dispersion solvent N14 and the coating agent molecule dodecylamine dissolved in the dispersion solvent rapidly proceeds.

結果的に、分散溶媒の蒸散が進むと、塗布液層の表面には、銀ナノ粒子の凝集体が疎な密度で連結した層構造が形成され、それより下層部分には、被覆剤分子層を保持している銀ナノ粒子が相当の比率で含有されている領域が存在する状態となる。   As a result, when the dispersion solvent evaporates, a layer structure in which agglomerates of silver nanoparticles are connected at a sparse density is formed on the surface of the coating liquid layer, and a coating molecular layer is formed in the lower layer portion. There is a state in which there is a region where silver nanoparticles holding s are contained in a considerable ratio.

最終的に、塗布液層の表面から、波長λ3=1064nmのレーザ光を、照射スポット径D3=100μm、平均レーザ光強度P3=3,000W/mm2で、垂直方向(入射角0°)から照射する。比較例2では、この照射条件では、照射開始時、塗布液層の表面での見掛けの反射率R3-upper=3%、塗布液層(銀ナノ粒子の凝集体層)の見掛けの透過率T3-upper=15%、銀ナノ粒子の積層/塗布液層の界面における見掛けの反射率R3-metal-layer=95%である。従って、塗布液層(銀ナノ粒子の凝集体層)中における見掛けの光吸収率A3-upper=82%、すなわち、銀ナノ粒子の凝集体層中に侵入する光の割合(実効的光吸収率)A3-metal-layer=82%となっている。 Finally, from the surface of the coating solution layer, a laser beam having a wavelength λ 3 = 1064 nm is irradiated in a vertical direction (incident angle 0) with an irradiation spot diameter D 3 = 100 μm and an average laser beam intensity P 3 = 3,000 W / mm 2. Irradiate from (°). In Comparative Example 2, under this irradiation condition, the apparent reflectance R 3-upper = 3% on the surface of the coating liquid layer at the start of irradiation, and the apparent transmittance of the coating liquid layer (aggregate layer of silver nanoparticles). T 3 -upper = 15%, Apparent reflectance R 3 -metal-layer = 95% at the interface of the silver nanoparticle laminate / coating liquid layer. Therefore, the apparent light absorption rate A 3-upper = 82% in the coating liquid layer (silver nanoparticle aggregate layer), that is, the ratio of light penetrating into the silver nanoparticle aggregate layer (effective light absorption) Rate) A 3-metal-layer = 82%.

この条件では、塗布液層の表面に形成された、銀ナノ粒子の凝集体が疎な密度で連結した層構造部分では、低温焼結は進行する。しかし、それより下層部分は、被覆剤分子層を保持している銀ナノ粒子が相当の比率で含有されている領域となっており、かかる下層部分では、低温焼結は進行しない。勿論、電解銅の導電体層の表面に対する密着性は乏しい状態となっている。   Under this condition, low-temperature sintering proceeds in the layer structure portion formed by the aggregation of silver nanoparticles connected on the surface of the coating solution layer at a sparse density. However, the lower layer portion is a region where silver nanoparticles holding the coating agent molecular layer are contained in a considerable ratio, and low temperature sintering does not proceed in the lower layer portion. Of course, the adhesion of the electrolytic copper to the surface of the conductor layer is poor.

本発明の高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法は、SIP(System in Package)用微細配線基板(インターポーザ/Interposer)、あるいは、SIB(System in Board)用微細配線基板(サブストレート/Substrate)の作製に応用できる。   The method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film of the present invention includes a fine wiring board for SIP (System in Package) (interposer) or a fine wiring board for SIB (System in Board). Substrate) can be applied.

撥液剤被覆層により表面をコートした基板上に金属ナノ粒子焼結体膜を形成するプロセスを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the process of forming a metal nanoparticle sintered compact film | membrane on the board | substrate which coat | covered the surface with the liquid repellent coating layer. 金属基板(Cu基板)表面に塗布される金属ナノ粒子分散液(銀ナノ粒子分散液)の塗布液厚を薄く選択した条件において、レーザ光照射によって、低温焼結を実施する工程の利用し、金属ナノ粒子(銀ナノ粒子)焼結体膜を形成するプロセスを模式的に示す図である。Utilizing the step of performing low-temperature sintering by laser light irradiation under the condition that the coating liquid thickness of the metal nanoparticle dispersion (silver nanoparticle dispersion) applied to the surface of the metal substrate (Cu substrate) is thin, It is a figure which shows typically the process which forms a metal nanoparticle (silver nanoparticle) sintered compact film | membrane. 金属基板(Cu基板)表面に塗布される金属ナノ粒子分散液(銀ナノ粒子分散液)の塗布液厚を薄く選択した条件において、レーザ光照射によって、低温焼結を実施する際、塗布液層の下部領域に、未焼結状態の銀ナノ粒子が残留するメカニズムを模式的に示す図である。When performing low-temperature sintering by laser light irradiation under the condition that the coating thickness of the metal nanoparticle dispersion (silver nanoparticle dispersion) applied to the surface of the metal substrate (Cu substrate) is thin, the coating liquid layer It is a figure which shows typically the mechanism in which an unsintered silver nanoparticle remains in the lower area | region of.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 撥液剤被覆層
5 金属ナノ粒子分散液塗布液層
6 金属ナノ粒子焼結体膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Liquid repellent coating layer 5 Metal nanoparticle dispersion coating liquid layer 6 Metal nanoparticle sintered body film

Claims (9)

基板上に高密着性金属ナノ粒子焼結体膜を形成する方法であって、
下記の工程1〜工程4:
(工程1)
撥液剤被覆層でコートされた基板上に、所定の平面形状で、金属ナノ粒子分散液を塗布し、塗布液層を作製する工程;
(工程2)
前記塗布液層の表面から、波長λ1のレーザ光を、平均レーザ光強度P1で、垂直方向(入射角0°)から照射する工程;
(工程3)
前記工程2の後、前記塗布液層の表面から、波長λ2のレーザ光を、平均レーザ光強度P2で、垂直方向(入射角0°)から照射する工程;
(工程4)
前記工程3の後、前記塗布液層の表面から、波長λ3のレーザ光を、平均レーザ光強度P3で、垂直方向(入射角0°)から照射する工程
とを具え、
前記金属ナノ粒子分散液は、
平均粒子径を1〜100nmの範囲に選択する、金属ナノ粒子を分散溶媒中に分散してなる金属ナノ粒子分散液であり、
前記分散液中に含有される、金属ナノ粒子は、該金属ナノ粒子表面の金属原子に対して、窒素原子、酸素原子、イオウ原子上の孤立電子対を利用して配位的な結合が可能な沸点150℃以上の有機化合物を、被覆剤分子として、該金属ナノ粒子表面を被覆されており、
前記分散溶媒は、沸点150℃以上の無極性有機溶媒あるいは低極性有機溶媒であり、
該分散液中において、含有される金属ナノ粒子の占める体積比率をVparticle体積%とする際、塗布液層の厚さdは、0.5μm≧d・(Vparticle/100)を満足する範囲に選択され;
波長λ1のレーザ光は、前記金属ナノ粒子に実質的に吸収されず、前記基板の表面を構成する材料に吸収される波長λ1を有しており、
絶縁性樹脂材料で形成される基板を採用する際には、
平均レーザ光強度P1は、50W/mm2〜800W/mm2の範囲に選択され、
金属材料で形成される基板を採用する際には、
平均レーザ光強度P1は、5,000W/mm2〜15,000W/mm2の範囲に選択され;
波長λ2のレーザ光は、前記金属ナノ粒子に吸収される波長λ2を有しており、
絶縁性樹脂材料で形成される基板を採用する際には、
平均レーザ光強度P2は、5W/mm2〜200W/mm2の範囲に選択され、
金属材料で形成される基板を採用する際には、
平均レーザ光強度P2は、500W/mm2〜3,000W/mm2の範囲に選択され;
波長λ3のレーザ光は、前記金属ナノ粒子を構成する金属により吸収される波長λ3を有しており、
絶縁性樹脂材料で形成される基板を採用する際には、
平均レーザ光強度P3は、5W/mm2〜200W/mm2の範囲に選択され、
金属材料で形成される基板を採用する際には、
平均レーザ光強度P3は、500W/mm2〜3,000W/mm2の範囲に選択される
ことを特徴とする高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法。
A method of forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film on a substrate,
Step 1 to Step 4 below:
(Process 1)
Applying a metal nanoparticle dispersion liquid in a predetermined planar shape on a substrate coated with a liquid repellent coating layer to produce a coating liquid layer;
(Process 2)
Irradiating a laser beam having a wavelength λ 1 from the surface of the coating liquid layer with an average laser beam intensity P 1 from a vertical direction (incident angle 0 °);
(Process 3)
After the step 2, a step of irradiating the surface of the coating liquid layer with a laser beam having a wavelength λ 2 from the vertical direction (incident angle 0 °) with an average laser beam intensity P 2 ;
(Process 4)
After the step 3, the step of irradiating a laser beam having a wavelength λ 3 from the surface of the coating solution layer with an average laser beam intensity P 3 from the vertical direction (incident angle 0 °),
The metal nanoparticle dispersion is
An average particle diameter is selected in the range of 1 to 100 nm, a metal nanoparticle dispersion liquid in which metal nanoparticles are dispersed in a dispersion solvent,
The metal nanoparticles contained in the dispersion can be coordinately bonded to metal atoms on the surface of the metal nanoparticles using lone electron pairs on nitrogen, oxygen, and sulfur atoms. The surface of the metal nanoparticles is coated with an organic compound having a boiling point of 150 ° C. or higher as a coating agent molecule,
The dispersion solvent is a nonpolar organic solvent having a boiling point of 150 ° C. or higher or a low polarity organic solvent,
In the dispersion, when the volume ratio of the metal nanoparticles contained is V particle volume%, the thickness d of the coating solution layer satisfies 0.5 μm ≧ d · (V particle / 100). Is selected;
Laser light having a wavelength lambda 1 is not substantially absorbed into the metal nanoparticles have a wavelength lambda 1 to be absorbed in the material constituting the surface of said substrate,
When adopting a substrate made of insulating resin material,
Mean laser beam intensity P 1 is selected in the range of 50W / mm 2 ~800W / mm 2 ,
When adopting a substrate made of metal material,
The average laser light intensity P 1 is selected in the range of 5,000 W / mm 2 to 15,000 W / mm 2 ;
Laser light having a wavelength lambda 2 has a wavelength lambda 2 to be absorbed by the metallic nanoparticles,
When adopting a substrate made of insulating resin material,
Mean laser beam intensity P 2 is selected within the range of 5W / mm 2 ~200W / mm 2 ,
When adopting a substrate made of metal material,
Mean laser beam intensity P 2 is selected within the range of 500W / mm 2 ~3,000W / mm 2 ;
Laser light having a wavelength lambda 3 has a wavelength lambda 3 that is absorbed by the metal constituting the metal nanoparticles,
When adopting a substrate made of insulating resin material,
Mean laser beam intensity P 3 is selected in the range of 5W / mm 2 ~200W / mm 2 ,
When adopting a substrate made of metal material,
Mean laser beam intensity P 3 is, 500W / mm 2 ~3,000W / mm high adhesion method for forming the metal nanoparticle sintered body film, which is selected 2 range.
前記基板は、ポリイミド層により被覆された基板であり、
該基板の表面を構成する材料は、前記ポリイミド層である
ことを特徴とする請求項1に記載の高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法。
The substrate is a substrate coated with a polyimide layer;
The method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to claim 1, wherein the material constituting the surface of the substrate is the polyimide layer.
前記基板は、金属銅、または、銅含有比率97質量%以上の銅合金で構成される導電体層を有する基板であり、
該基板の表面を構成する材料は、前記金属銅で構成される導電体層である
ことを特徴とする請求項1に記載の高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法。
The substrate is a substrate having a conductor layer made of metallic copper or a copper alloy having a copper content of 97% by mass or more,
The method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to claim 1, wherein the material constituting the surface of the substrate is a conductor layer composed of the metallic copper.
前記金属ナノ粒子は、銀ナノ粒子であり、
波長λ1のレーザ光は、波長λ1=1064nmのNd/YAGレーザ光であり、
平均レーザ光強度P1は、50W/mm2〜800W/mm2の範囲に選択され;
波長λ2のレーザ光は、波長λ2=1064nmのNd/YAGレーザ光、または波長λ2=532nmのNd/YAGレーザ光の高調波であり、
平均レーザ光強度P2は、5W/mm2〜200W/mm2の範囲に選択され;
波長λ3のレーザ光は、波長λ 3 =1064nmのNd/YAGレーザ光であり、
平均レーザ光強度P3は、5W/mm2〜200W/mm2の範囲に選択される
ことを特徴とする請求項2に記載の高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法。
The metal nanoparticles are silver nanoparticles,
Laser light having a wavelength lambda 1 is a Nd / YAG laser beam having a wavelength lambda 1 = 1064 nm,
Mean laser beam intensity P 1 is selected in the range of 50W / mm 2 ~800W / mm 2 ;
Laser light having a wavelength lambda 2 is a harmonic of the Nd / YAG laser beam having a wavelength lambda 2 = 1064 nm of Nd / YAG laser light or the wavelength lambda 2 = 532 nm,,
Mean laser beam intensity P 2 is selected within the range of 5W / mm 2 ~200W / mm 2 ;
Laser light having a wavelength lambda 3 is a Nd / YAG laser beam having a wavelength lambda 3 = 1064 nm,
Mean laser beam intensity P 3 is, 5W / mm 2 ~200W / method of forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to claim 2, characterized in that it is selected in the range of mm 2.
前記金属ナノ粒子は、銀ナノ粒子であり、
波長λ1のレーザ光は、波長λ1=1064nmのNd/YAGレーザ光であり、
平均レーザ光強度P1は、5,000W/mm2〜15,000W/mm2の範囲に選択され;
波長λ2のレーザ光は、波長λ2=1064nmのNd/YAGレーザ光であり、
平均レーザ光強度P2は、500W/mm2〜3,000W/mm2の範囲に選択され;
波長λ3のレーザ光は、波長λ 3 =1064nmのNd/YAGレーザ光、または波長λ 3 =532nmのNd/YAGレーザ光の高調波であり、
平均レーザ光強度P3は、500W/mm2〜3,000W/mm2の範囲に選択される
ことを特徴とする請求項3に記載の高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法。
The metal nanoparticles are silver nanoparticles,
Laser light having a wavelength lambda 1 is a Nd / YAG laser beam having a wavelength lambda 1 = 1064 nm,
The average laser light intensity P 1 is selected in the range of 5,000 W / mm 2 to 15,000 W / mm 2 ;
Laser light having a wavelength lambda 2 is a Nd / YAG laser beam having a wavelength lambda 2 = 1064 nm,
Mean laser beam intensity P 2 is selected within the range of 500W / mm 2 ~3,000W / mm 2 ;
Laser light having a wavelength lambda 3 is a harmonic of the Nd / YAG laser beam having a wavelength lambda 3 = 1064 nm of Nd / YAG laser light or the wavelength lambda 3 = 532 nm,,
Mean laser beam intensity P 3 is, 500W / mm 2 ~3,000W / method of forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to claim 3, characterized in that it is selected in the range of mm 2.
波長λ1のレーザ光の照射スポット径D1は、10μm〜500μmの範囲に選択され;
波長λ2のレーザ光の照射スポット径D2は、10μm〜500μmの範囲に選択され;
波長λ3のレーザ光の照射スポット径D3は、10μm〜500μmの範囲に選択される
ことを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法。
Irradiation spot diameter D 1 of the laser beam of wavelength lambda 1 is selected in a range of 10 m to 500 m;
Irradiation spot diameter D 2 of the laser beam having a wavelength lambda 2 is selected in the range of 10 m to 500 m;
Irradiation spot diameter D 3 of the laser beam having a wavelength lambda 3 is highly adhesive metal nanoparticle sintered body according to any one of claims 2-5, characterized in that it is selected in the range of 10μm~500μm Method for forming a film.
波長λ1のレーザ光の照射スポット径D1、波長λ2のレーザ光の照射スポット径D2、波長λ3のレーザ光の照射スポット径D3は、D1=D2=D3に選択される
ことを特徴とする請求項6に記載の高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法。
Irradiation spot diameter D 1 of the laser beam having a wavelength lambda 1, the irradiation spot diameter D 2 of the laser beam having a wavelength lambda 2, the irradiation spot diameter D 3 of the laser beam having a wavelength lambda 3 are selected D 1 = D 2 = D 3 The method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to claim 6, wherein:
被覆剤分子として、沸点150℃以上のアルキルアミンを選択する
ことを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載の高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法。
The method for forming a highly adhesive metal nanoparticle sintered body film according to any one of claims 2 to 7, wherein an alkylamine having a boiling point of 150 ° C or higher is selected as the coating agent molecule.
(工程1)の塗布液層を作製する工程後、(工程2)に先立って、
該塗布液層の予備乾燥を行う予備乾燥処理工程を設ける
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の高密着性金属ナノ粒子焼結体膜の形成方法。
After the step of preparing the coating liquid layer in (Step 1), prior to (Step 2),
The method for forming a highly adherent metal nanoparticle sintered body film according to any one of claims 1 to 8, further comprising a predrying treatment step for predrying the coating liquid layer.
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